Реферат: Пространство и время в физике. Реферат по физике на тему время

Реферат - Время и его изучение в физике

Реферат

«Время и его изучение в физике»

Введение

Если современному человеку задать вопрос о том, как течет время, то большинство людей уподобит это понятие некой реке, текущей только вперед, из прошлого в будущее. Но, например, древние греки полагали, что время не является бесконечной прямой, а соединяет конец с началом. Взаимодействие бесконечных пространства и времени, оказывается, делает их не бесконечными, поскольку есть определенный предел. А когда известному в древности любителю парадоксов Зенону Элейскому задали вопрос о том, как, по его мнению, движется время: по кругу или по прямой, прозвучал интересный ответ: «Никак, поскольку никакого движения нет».

Конечно, древние во многом ошибались. Но и сейчас современная наука вряд ли точно сможет ответить на все вопросы о времени, ключевой из которых «что такое время?». Но все же современная наука знает о сущности времени немало. Более того, даже известны некоторые виды «машин времени», издавна существующие в природе.

Как же они работают? Что же все-таки такое время? Как оно движется? Существует ли обратимость времени? Возможны ли путешествия во времени? Каково время во Вселенной? Обо всем этом и пойдет речь ниже.

Понятие времени и его измерение

Прежде всего, отметим, что время – понятие физическое, а потому тесно связано с конкретными законами физики. Например, согласно законам физики, период вращения Земли должен оставаться постоянным. Этот факт позволяет определить единицу измерения времени, называемую солнечными сутками. Или, например, законы физики утверждают, что период колебания кварцевой пластинки в генераторе с кварцевой стабилизацией тоже можно применять для измерения времени, причем очень точно. Можно добиться еще более точного подсчета времени, если использовать частоты колебаний электронов в атомах. Наиболее точными считаются атомные часы, основанные на частоте излучения атомов цезия-133.

В настоящее время используются три основные системы измерения времени. В основе каждой из них лежит конкретный физический периодический процесс: 1).вращение Земли вокруг своей оси, 2).обращение Земли вокруг Солнца и 3).излучение (или поглощение) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ (например, того же цезия) при определенных условиях.

Чаще всего, в повседневной практике используют такую единицу измерения, как «среднее солнечное время», основой которой являются «средние солнечные сутки», которые, в свою очередь, делятся следующим образом: 1 средние солнечные сутки = 24 средним солнечным часам[1], 1 средний солнечный час = 60 средним солнечным минутам, 1 средняя солнечная минута = 60 средним солнечным секундам. Одни средние солнечные сутки содержат 86 400 средних солнечных секунд.

В то же время отметим, что основывая понятие времени на физических законах, мы не можем быть точно уверены в их абсолютной правильности.

Взгляды ученых на понятие времени

Время является одним из понятий, которое повсеместно применяется в физике. Развитие взгляда на понятие времени связано с именами нескольких известных ученых: Галилей, Ньютон и Эйнштейн. Начнем с Галилея.

Глубокие размышления о движении тел в природе привели его к принципу относительности, где все зависит от точки отсчета. Например, путешественник, находящийся в каюте плывущего корабля, может точно сказать, что книга на его столе в каюте находится в состоянии покоя. Но в то же время человек на берегу видит, что корабль плывет, а потому книга внутри корабля также совершает движение вместе с кораблем. Галилею удалось выявить силу инерции, которая объединяет тела в абсолютном и относительном покое. Эта сила не проявляет себя, пока тело находится в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении. Но стоит чуть притормозить его, как начинает проявляться ускорение, а тело по инерции стремится восстановить утраченный покой.

С этой отправной точки отправился дальше Ньютон, родившийся в год смерти Галилея. Ньютон установил, что существует связь между силой и ускорением, но чтобы сделать эту связь полностью определенной пришлось ввести понятие массы тела. Тогда появился второй закон Ньютона, выражаемый формулой F=ma. Первым законом был закон инерции[2], а третий – сила действия равна силе противодействия. Из этих законов и появилась классическая механика Ньютона. Но чтобы знать скорости и ускорения в этой механике, надо было знать время, в течение которого они действовали. Механика не может существовать без времени, как геометрия без пространства.

Измерять времени было бы хорошо идеально точными часами, ход которых не зависел бы от какого либо движения, а потому нельзя определить, находятся они в покое или движутся. Такие часы принято называть инерциальными. Они смогли бы показывать некое абсолютное время, одинаковое для всей Вселенной.

Основываясь на трудах Ньютона и Галилея, А. Эйнштейн принялся исследовать Вселенную по своему разумению. Эйнштейн задавался вопросами, течет ли время одинаково везде и кто это контролирует. Ответ помогла дать созданная им теория относительности, ядром которой стала аксиома о там, что в пустоте скорость света одинакова во всех ИСО. В вакууме же, рассуждал Эйнштейн, скорость света абсолютна, а значит, равна 300 000 км/с [3]. Кроме того, скорость света является предельно возможной скоростью в природе.

Из логических построений Эйнштейна последовали практические расчеты зависимости течения времени от скорости движения. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения объекта к скорости света. Отсюда вытекает знаменитый парадокс близнецов.

Этот парадокс выглядит так. Представим себе двух братьев-близнецов. Если один из близнецов отправится в возрасте, например, 20 лет в космическое путешествие к какой-либо звезде со скоростью света, то, пролетев, скажем, туда и обратно за 40 световых лет, он вернется через примерно 11 лет по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет примерно 80 лет! Поэтому тот из братьев, который отправился в путешествие к звезде окажется моложе своего брата почти на 80 лет! Почему, спросите вы? В этом и заключается одна из загадок времени.

Расстояние в космосе не случайно измеряется в световых годах. Световой год – это путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Исходя из этого, можно точно сказать, что глядя на звезды в ночное небо мы видим их не такими, какие ни есть в настоящий момент, а такими, какими они были 40 и более световых лет назад[4] .

Четырехмерное пространство и время Вселенной

Оказывается, математикам удобно пользоваться понятием четырехмерного пространства, где помимо длины, ширины и высоты присутствует еще одно направление – время. Да и мы сами зачастую прибегаем к этому четвертому направлению в повседневной практике. Например, когда пешеход переходит дорогу, а мимо него по ней проезжает автомобиль, то три из четырех координат пространства совпадают, когда автомобиль, а затем человек (или наоборот) проходят через одну и ту же точку. Не совпадает лишь четвертая координата – время, поскольку кто-то из них — либо автомобиль, либо пешеход – должны перейти раньше через это место. Отсюда следует интересный вывод: классическая физика «объединяет» пространство и время при помощи движения.

Есть и другой интересный вывод, исходящий из теории относительности Эйнштейна и знаний о скорости света. Как уже сказано выше, звезды мы можем видеть не такими, какие они есть в данный момент. Свет распространяется не сразу, а за определенный, пусть и ничтожно малый промежуток времени, и потому воспринимается человеческим глазом тоже не сразу. Свет от лампы распространяется за сотую долю секунды, свет от солнца доходит до нас за восемь минут и т.д. А ведь именно с помощью света мы можем видеть окружающий нас мир. Выходит, мы видим только то, что уже произошло, поскольку пока световые лучи донесут до глаза какую-то информацию, пройдет определенное время. Стало быть, мы живем в прошлом. А раз мы видим прошлое, то время как одна из координат пространства может быть отрицательной. По сути, мы живем в прошлом.

А каково же тогда время во Вселенной? И есть ли там вообще время?

Долгое время считалось, что Вселенная статична и неизменна, а все тела в ней находятся в состоянии покоя.

Из созданной теории относительности Эйнштейн составил свою модель Вселенной. Одним из постулатов в его модели был постулат о том, что Вселенная однородна и пребывает в неизменном состоянии. Если, например, где-то погасла звезда, то на смену ей в другом месте появляется новая. Это также соответствовало классической механике Ньютона – Галилея.

Оказалось, однако, что это не так. Вселенная не статична, а наоборот, динамична. Вещество Вселенной, как показали формулы и математические выкладки Фридмана[5], должно либо расширяться, либо сжиматься. Кроме того, не может Вселенная быть статичной и потому, что на все тела во Вселенной действует сила небесного тяготения, ничем не уравновешиваемая[6], а потому тела во Вселенной находятся в состоянии движения: планеты, звезды, галактики и т.д. Значит, это движение можно измерять с помощью четырех мерной системы координат.

Таким образом, время во Вселенной есть, но движется оно неспешно. Проходят миллиарды и миллионы лет, пока становятся видны какие-то изменения. Но если Вселенная имеет тенденцию к расширению (ведь давно установлено, что галактики в космосе отдаляются друг от друга), то где-то в далеком прошлом был момент, когда вся Вселенная была сжата в одну точку (это состояние называется «комической сингулярностью»). Момент начала расширения Вселенной и есть начало отсчета времени в ней. Есть ли предел этого расширения? Ответ на этот вопрос мы вряд ли когда-нибудь узнаем. Хотя существует предположение, что время само по себе циклично, а значит все события повторяются. Поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент Вселенная начнет сжиматься в точку. Что при этом произойдет с Землей и с человечеством на ней, не знает никто.

Черные дыры и время. Обратимость

Представим себе такую картину. В яблоке поселился червяк. Вместо того чтобы перемещаться из одной точки в другую по поверхности яблока, он просто прогрызает ходы внутри него, делая более короткий путь. Оказывается, подобные туннели существуют во Вселенной.

Суть теории относительности Эйнштейна здесь заключается в том, что пространство не плоское, а изогнутое и деформированное под воздействием массы и энергии. Иначе говоря, наше пространство загибается в четвертое измерение. Пространство и время в нашем понимании теряют свой привычный вид. Появляется понятие искривленности пространства и времени[7] .

В то же время возникает возможность соединить две точки, которые не имеют собой пространственно-временной связи. Суть же «туннеля», который может соединить их, заключается в возможности сокращения себе пути.

Существование таких «туннелей» было предсказано теоретиками еще в 1916 году, а в конце 50-х. гг. физик Джон Уиллер впервые ясно обрисовал, что такие «мосты» могут быть найдены в тех районах Вселенной, где пространство сильно изогнуто. Такие туннели получили название «черные дыры».

Возможна ли их транспортная функция? Трудно дать однозначный ответ на этот вопрос. Во-первых, неизвестно, будет ли ощущать сопротивление внутри дыры предмет, попавший в нее. Во-вторых, неясно, куда этот туннель может привести. Нам также не известна природа этих дыр. Не известен механизм их образование и не известно, пожалуй, главное: какая сила действует внутри дыры, если она затягивает в себя даже свет?

Черные дыры предоставляют возможность путешествия во времени. Но здесь возникают две сложности. Первая: чтобы попасть в прошлое, придется предварительно двигать черную дыру с околосветовой скоростью в течение примерно 100 лет. И вторая сложность – это нарушение причинно-следственной цепи. Никто не знает, что произойдет, если следствие повлияет на причину…

Есть предположение, что процесс поглощения вещества черными дырами может прекратиться. То, что нам известно о строении Вселенной сегодня, позволяет считать, что энергия не уходит безвозвратно. Если черные дыры перестанут поглощать вещество, то, очевидно, будет происходить обратный процесс – выход энергии и вещества наружу. Может возникнуть и такое невообразимое в физике явление, как отрицательная масса. Возможно, что и время тогда пойдет назад, поскольку оно тоже станет отрицательным.

Однако наша повседневная жизнь свидетельствует о том, что никакие события не обладают обратимостью. Но почему же тогда обратимы законы движения? Вопрос непростой. Поэтому о нем говорят не иначе, как о парадоксе обратимости.

Но в то же время хаотичное броуновское движение молекул вещества, как и любое движение, вполне обратимо. Поэтому также вполне вероятно, что, например, разделение газов, смешанных из двух сосудов в одном, тоже может быть возможно, т.е. процесс смешивания газов обратим. Если имеется хаотичное движение молекул вещества, то, значит, имеется обратимость всего их сообщества. Поэтому возможна обратимость различных процессов. Значит, «черную дыру», как и свет, также можно считать природной «машиной времени».

Возможно ли путешествовать во времени?

Выше мы уже говорили о том, что своеобразной «машиной времени» является телескоп, через который мы смотрим на звезды. А можно ли реально перемещаться во времени в будущее или прошлое? Для ответа на этот вопрос понадобится разобраться с некоторыми природными частицами.

Всем известно, что свет состоит из фотонов. Причем в одних случаях фотон – это материальная частица, а в других – электромагнитная волна. Но вообще говоря, эти понятия о свете как частице или электромагнитной волне введены для удобства расчетов. На самом деле положение света здесь до сих пор спорно. А как быть с гравитацией и временем?

Существует предположение, что существуют гравитационные волны – волнообразные колебания пространства-времени, которые придают времени искривленность и которые распространяются в четырехмерном пространстве также, как распространяется в воздухе звук. При этом гравитационные и электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью – 300 000 км/с.

Однако зарегистрировать гравитационные волны пока не удалось. Есть пока только предположения, что гравитационные волны могут вполне вести себя как потоки частиц. Поэтому гравитационные волны могут быть родственны электромагнитным колебаниям.

Далее нам следовало бы искать кванты (частицы) времени. Но мы не можем ни подтвердить, ни опровергнуть их наличие. Опираясь на опыт физики, можно лишь сказать, что нет никакого времени, существующего само по себе. Оно всегда связано с каким-либо явлением.

Для того чтобы говорить о возможности путешествий во времени, необходимы эксперименты. Причем поставить такой эксперимент мы пока тоже не можем. Дело в том, что для проведения подобного эксперимента каждая из микрочастиц должна обладать энергией примерно в 109 джоулей! А все земные ускорители могут обеспечить лишь одну миллиардную долю этой энергии. Впрочем, если мы не можем провести эксперимент на Земле, то надо искать условия для его проведения во Вселенной. Многие исследователи здесь предлагают обратить пристальное внимание на вакуум – космическую пустоту[8], окружающую тела в космосе. Поняв механизм превращений, происходящих внутри вакуума, мы, возможно, в отдаленной перспективе сумеем путешествовать во времени.

Заключение

Любой человек наверняка прекрасно знает, что такое время, пока не думает о нем. Но стоит задуматься, и сразу же перестаешь понимать, что время из себя представляет. Но это вовсе не означает, что не надо думать о нем. Совсем наоборот! Именно на этом пути и лежит возможность создания фантастических машин времени.

Нам еще очень многое предстоит понять в сущности окружающего нас мира, в том числе такой странной и загадочной на сегодняшний день единицы, как время. И в этом нам всегда будут помогать знания и опыт предыдущих поколений и, конечно же, наука. Поэтому, двигаясь каждую минуту вперед, мы будем углубляться в суть времени все глубже.

время черный дыра четырехмерный

Список использованной литературы

1. Чернин А.Д. Физика времени. – М.: Наука, 1987.

[1] Вообще говоря, солнечные сутки на самом деле не составляют ровно 24 часа, а составляют примерно 23 ч. 58 мин. 43 с. Понятие двадцатичетырехчасовых суток является округленным, а значит, более простым в использовании.

2Появление которого, кстати, принадлежит не Ньютону, а Галилею; Ньютон лишь уточнил его формулировку.

3Известно также, что древние вообще считали скорость света бесконечной. Например, Герон Александрийский рассуждал так: «Поднимая голову ночью к небу, вы увидите звезды. Закроете глаза – они исчезнут. Откроете – сразу появятся. Поскольку между моментом открытия глаз и видением звезд нет никакого промежутка времени, то свет распространяется мгновенно». Современное же значение скорости света удалось выявить с помощью экспериментов с применением атомных часов. По результатам этих экспериментов составляет 299 799 456 м/с.

[4] Поэтому телескоп может служить своеобразной «машиной времени», через который мы видим именно прошлое, а не нынешнее состояние звезд.

[5] Александр Александрович Фридман – советский ученый-математик. В 1924-1925 гг. руководил Главной геофизической обсерваторией. Известен за создание математических соотношений для атмосферных вихрей, имеющие главное значение в теории прогноза погоды. В то же время известен по работе над теорией хаотичных турбулентных движений. В то же время внес большой вклад в дело исследования Вселенной и времени в ней.

[6] Механика Ньютона – Галилея предполагает, что тело находится в состоянии покоя тогда, когда на него либо не действуют никакие силы, либо силы, действующие на него, уравновешивают друг друга.

[7] Лучше всего этот факт демонстрирует неевклидовая геометрия Лобачевского. В ней, к примеру, сумма углов треугольника может не ровняться 180 градусам, или, например, кратчайшим расстоянием между двумя точками необязательно может быть отрезок. Однако такая геометрия неудобна для стандартного понятия пространства.

[8] Судя по некоторым данным, эта пустота может оказаться вовсе не пустотой. Под вакуумом понимают состояние физической системы, при которой в ней нет ни полей, ни частиц. Это состояние наименьшей возможной энергии, но это не значит, что в системе энергии нет вовсе. В вакууме также протекают различные процессы.

www.ronl.ru

Реферат - Пространство и время в физике

    Министерство науки, высшей школы и техническойполитики

                     Российской федерации

 Саратовский ордена трудового красного знаменигосударственный

              университет им. Н. Г. Чернышевского

                      РЕФЕРАТ ПО ФИЛОСОФИИ

                   соискателя звания к.ф.-м.н.

              инженера кафедры физики твёрдого тела

                  Бабаяна Андрея Владимировича.

              Тема: Пространство и время в физике.

                      г.Саратов — 1994 г.

                                                            1

         СОДЕРЖАНИЕ

                                                         лист

ВВЕДЕНИЕ                                                   2

     1. Развитие пространственно-временных представлений

        в классическоймеханике                             3

     2. Пространство и время в теории относительности

        Альберта Эйнштейна                                 8

        2.1. Специальная теорияотносительности             8

        2.2. Пространство и время в общей теории

             относительности и релятивистской

             космологии                                   10

     3. Пространство и время в физикемикромира            15

        3.1. Пространственно-временные представления

             квантовоймеханики                            15

        3.2. Прерывность и непрерывность пространства и

             времени в физикемикромира                    18

        3.3. Проблема макроскопичности пространства и

             времени вмикромире                           20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                 23

ЛИТЕРАТУРА                                                24

                                                            2

         ВВЕДЕНИЕ.

     Диалектический  материализм  исходит  из того, что«в мире

нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя  не

может двигаться иначе, как в  пространстве  и  во времени»(*).

Пространство и время, следовательно, выступаютфундаментальными

формами     существования    материи.    Классическая   физика

рассматривала    пространственно — временной  континуум    как

универсальную  арену  динамики   физических   объектов. Однако

развитие неклассической физики  ( физики  элементарных частиц,

квантовой  физики  и  др. )  выдвинуло  новые представления  о

пространстве и времени. Оказалось, что эти категориинеразрывно

связаны между собой. Возникли разные концепции: согласноодним,

в  мире   вообще  ничего   нет,  кроме  пустого  искривленного

пространства, а физические объекты являются толькопроявлениями

этого  пространства.  Согласно  другим,  пространство  и время

присущи лишь макроскопическим объектам.

     Как  видно,  современная  физика  настолько разрослась  и

потеряла единство, что в ее различных разделах существуютпрямо

противоположные утверждения о природе и статусепространства  и

времени. Этот факт требует  тщательного исследования, так  как 

может  показаться,  что    представления   современной  физики  

противоречат   фундаментальным    положениям   диалектического 

материализма.

     Правда, следует отметить,  что в  современнойфизике  речь

идет о пространстве и времени  как о физических понятиях,как о

конкретных     математических       структурах,     наделенных    

соответствующими семантическими и эмпирическимиинтерпретациями 

в рамках оределённых теорий, и что  выяснение макроскопичности

подобных  структур  не  имеет  прямого  отношения  к положению

диалектического материализма об универсальностипространства  и

времени, так как в этом речь идет уже о философскихкатегориях.

     Начинать  исследование   целесообразно   с  представлений 

античной натурфилософии, анализируя затем весь процессразвития

пространственно — временных представлений вплоть до нашихдней.

ДДДДДДДДД

(*) Ленин В.И. ПСС, т. 18, с. 181.     

                                                            3

         1. РАЗВИТИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО — ВРЕМЕННЫХ

            ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ.

     В  анализе  античных  доктрин  о  пространстве  и времени

остановимся на двух:  атомизме Демокрита и  системеАристотеля.

     Атомистическая  доктрина   была   развита  материалистами  

Древней Греции Левкиппом и Демокритом. Согласно этой доктрины,

всё  природное  многообразие  состоит  из  мельчайших частичек

материи  (  атомов  ),  которые   двигаются,  сталкиваются   и  

сочетаются в  пустом пространстве. Атомы ( бытие ) и пустота (

небытие ) являются первоначалами мира. Атомы не возникаюти  не

уничтожаются,  их  вечность   проистекает   из  безначальности  

времени.  Атомы  двигаются   в   пустоте   бесконечное  время.  

Бесконечному пространству соответствует бесконечноевремя.

     Сторонники этой  концепции  полагали, что атомы физически

неделимы в силу плотности и отсутствия в них пустоты.Множество

атомов, которые  не  разделяются  пустотой, превращаютсяв один 

большой атом, исчерпывающий собой мир.

     Сама  же  концепция  была  основана  на атомах,которые  в

сочетании с пустотой образуют всё содержание реальногомира.  В

основе  этих  атомов  лежат  амеры  ( пространственный минимум

материи  ).  Отсутствие  у  амеров  частей   служит  критерием 

математической неделимости. Атомы не  распадаются  на амеры, а 

последние не существуют в свободном состоянии. Этосовпадает  с

представлениями современной физики о кварках.

     Характеризуя   систему  Демокрита  как  теотиюструктурных

уровней  материи  -  физического  (  атомы   и   пустота )   и 

математического  (   амеры   ),   мы   сталкиваемся   с  двумя  

пространствами:   непрерывное   физическое  пространство   как  

вместилище и математическое  пространство, основанное наамерах

как масштабных единицах протяжения материи.

     В соответствии  с  атомистической  концепциейпространства 

Демокрит  решал  вопросы  о  природе  времени  и  движения.  В

дальнейшем   они   были  развиты  Эпикуром  в  систему. Эпикур 

рассмотривал   свойства   механического   движения  исходя  из  

дискретного   характера   пространства  и  времени.  Например, 

свойство изотахии заключается в том, что  все  атомыдвижутся с 

одинаковой скоростью. На  математическом уровне  суть изотахии

состоит в том, что в процессе перемещения  атомы проходят один

«атом» пространства за один «атом»времени.

     Таким образом, древнегреческие атомисты различалидва типа

пространства  и  времени.  В их представлениях былиреализованы 

                                                            4

субстанциальная и атрибутивная концепции.

     Аристотель    начинает    анализ   с   общего  вопроса  о 

существовании времени,  затем  трансформирует  его  в вопрос о 

существовании  делимого  времени.  Дальнейший  анализ  времени

ведётся Аристотелем  уже на  физическом  уровне,  где основное 

внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель

показывает. что время немыслимо, не существует бездвижения, но

оно не есть и само движение.

     В  такой модели времени реализована реляционнаяконцепция.

Измерить время  и выбрать единицы его измерения можно спомощью

любого  периодического  движения, но, для того чтобыполученная 

величина была универсальной, необходимо использоватьдвижение с

максимальной  скоростью.  В  современной  физике  это скорость

света, в античной и средневековой философии — скоростьдвижения

небесной сферы.

     Пространство  для  Аристотеля выступает в качественекоего

отношения  предметов  материального  мира,  оно понимается как

объективная категория, как свойство природных вещей.

     Механика  Аристотеля   функционировала  лишь  в егомодели

мира. Она была построена на очевидных явлениях земногомира. Но

это   лишь   один   из   уровней   космоса   Аристотеля.   Его 

космологическая модель функционировала в конечном неоднородном

пространстве, центр которого совпадал с центром  Земли. Космос 

был разделен на  земной и небесный  уровни. Земной состоит  из

четырёх стихий -  земли, воды, воздуха  и огня; небесный -  из

эфирных  тел,  пребывающих  в  бесконечном  круговом движении.

Эта  модель просуществовала около двух тысячелетий. 

     Однако  в  системе   Аристотеля  были  и другиеположения,

которые оказались более  жизнеспособными и во многомопределили

развитие  науки  вплоть  до  настоящего  времени.  Речь идёт о

логическом   учении   Аристотеля   на   основе которого   были 

разработаны  первые  научные  теории,  в  частности  геометрия

Евклида.

     В  геометрии  Евклида наряду  с определениями  иаксиомами

встечаются  и  постулаты, что  свойственно  больше физике, чем 

арифметике.  В  постулатах  сформулированы  те  задачи,которые

считались  решёнными.  В  таком  подходе  представлена  модель

теории, которая работает и сегодня: аксиоматическая система  и 

эмпирический   базис   связываются   операционными  правилами.  

Геометрия Евклида является первой логической системой понятий,

трактующих  поведение  каких-то  природных  объектов. Огромной

заслугой Евклида  является выбор  в  качестве  объектов теории

                                                            5

твёрдого тела и световых лучей.

     Г.Галилей вскрыл несостоятельность аристотелевскойкартины

мира  как в эмпирическом, так и в теоретико-логическомплане. С

помощью  телескопа  он наглядно  показал насколькоглубоки были

революционные  представления   Н. Коперника,   который  развил 

гелиоцентрическую модель  мира. Первым  шагом  развития теории

Коперника можно считать открытия И.Кеплера:

1. Каждая  планета  движется  по  эллипсу,  в  одном изфокусов

которого находится Солнце.

2. Площадь сектора орбиты, описуваемая радиус-векторомпланеты,

изменяется пропорционально времени.

3. Квадраты времён обращения планет вокруг Солнцаотносятся как

кубы их средних расстояний от Солнца.

     Галилей, Декарт и Ньютон рассматривали различныесочетания

концепций  пространства и инерции: у  Галилея признаётсяпустое

пространство и круговое инерциальное  движение, Декартдошёл до

идеи прямолинейного  инерциального  движения, но отрицалпустое

пространство, и только  Ньютон  объединил пустоепространство и

прямолинейное инерциальное движение.

     Для  Декарта  не характерен  осознанный и систематический

учёт  относительности   движения. Его  представленияограничены 

рамками    геометризации   физических   объектов,   ему  чужда   

ньютоновская  трактовка  массы как инерциального сопротивления 

изменению. Для  Ньютона  же  характерна динамическая трактовка

массы, и в  его  системе  это  понятие сыгралоосновопологающую 

роль. Тело сохраняет  для Декарта состояние движения илипокоя,

ибо  это   требуется   неизменностью   божества.  То  же самое 

достоверно для Ньютона вследствие массы тела.

     Понятия   пространства  и  времени  вводятся Ньютоном  на

начальном  уровне  изложения, а  затем получают своёфизическое 

содержание   с помощью аксиом через законы движения.Однако они 

предшествуют  аксиомам, так  как служат условием дляреализации 

аксиом:  законы  движения  классической   механики справедливы 

в  инерциальных  системах  отсчёта,  которые определяются  как 

системы,  движущиеся   инерциально  по  отношению кабсолютному

пространству и  времени.  У  Ньютона абсолютное пространство и

время являются ареной движения физических объектов.

     После  выхода в свет «Начал» Ньютонафизика начала активно

развиваться,   причём   этот   процесс   происходил  на основе  

механистического  подхода.  Однако, вскоре возниклиразногласия 

между  механикой   и   оптикой,    которая  не укладывалась  в  

классические представления о движении тел.

                                                            6

     После того, как физики пришли к  выводу о волновойприроде

света   возникло   понятие   эфира  -   среды  в которой  свет  

распространяется.  Каждая частица эфира могла бытьпредставлена

как источник вторичных  волн,  и можно было объяснить огромную

скорость света огромной  твёрдостью и упругостью  частицэфира. 

Иными  словами    эфир   был    материализацией  Ньютоновского   

абсолютного  пространства.  Но  это  шло  в  разрез сосновными

положениями доктрины Ньютона о пространстве.

     Революция в физике началась открытием Рёмера — выяснилось,

что  скорость света  конечна и равна  примерно 300'000км/с.  В

1728  году  Брэдри открыл явление звёздной аберрации. Наоснове 

этих  открытий  было установлено, что скорость света независит 

от движения источника и/или приёмника.

     О.Френель  показал,  что   эфир  может частичноувлекаться

движущимися  телами,   однако   опыт  А.Майкельсона (1881  г.) 

полностью  это  опроверг. Таким  образом возникла необъяснимая

несогласованность,  оптические  явления  всё  хуже сводились к

механике.  Но  окончательно   механистическую   картину   мира  

подорвало    открытие   Фарадея — Максвелла:   свет   оказался   

разновидностью    электромагнитных     волн.    Многочисленные   

экспериментальные законы  нашли  отражение в системе уравнений

Максвелла,     которые     описывают    принципиально    новые  

закономерности. Ареной этих законов  является всёпространство,

а не одни точки, в которых  находится  вещество илизаряды, как 

это принимается для механических законов.

     Так возникла   электромагнитная  теория   материи. Физики

пришли  к  выводу  о  существовании   дискретных  элементарных

объектов  в  рамках электромагнитной картины мира(электронов). 

Основные   достижения  в  области  исследованияэлектрических и

оптических  явлений   связаны  с электронной теориейГ.Лоренца. 

Лоренц стоял на позиции  классической механики. Он нашёлвыход,

который спасал  абсолютное  пространство  и время классической

механики, а также объяснял  результат опыта Майкельсона,правда

ему пришлось отказаться  от  преобразований координатГалилея и 

ввести   свои   собственные,   основанные  на неинвариантности 

времени.   t'=t-(vx/cэ),   где  v — скорость  движения системы  

относительно  эфира, а  х — координата  той  точки вдвижущейся

системе, в которой производится  измерение времени. Времяt' он

назвал «локальным временем». На основе этойтеории виден эффект

изменения размеров тел  L2/L1=1+(vэ/2cэ). Сам  Лоренц объяснил

это  опираясь  на  свою  электронную  теорию:  тела испытывают

сокращение вследствие сплющивания электронов.

                                                            7

     Терия  Лоренца  исчерпала возможности классическойфизики.

Дальнейшее развитие физики было на пути ревизии фундаментальных

концепций классической  физики, отказа от принятия каких- либо

выделенных  систем  отсчёта,  отказа  от  абсолютногодвижения,

ревизии концепции абсолютного  пространства и времени.Это было

сделано лишь в специальной теории относительностиЭйнштейна.

                            _______

                                                            8

         2. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

                       АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА.

         2.1. Специальная теория относительности.

     В  теории  относительности Эйнштейна  вопрос освойствах и

структуре  эфира трансформируется в вопрос о реальности самого 

эфира.  Отрицательные   результаты   многих  экспериментов  по 

обнаружению  эфира  нашли  естественное   объяснение  в теории

относительности — эфир не существует.  Отрицание существования 

эфира  и  принятие   постулата  о  постоянстве  и предельности

скорости света легли  в  основу теории относительности,которая 

выступает как синтез механики и электродинамики.

     Принцип  относительности  и  принцип  постоянстваскорости 

света  позволили  Эйнштейну  перейти  от  теорииМаксвелла  для

покоящихся тел  к  непротиворечивой электродинамике движущихся 

тел.  Далее   Эйнштейн  рассматривает  относительность длин  и

промежутков  времени,  что приводит  его  к  выводу о том, что 

понятие   одновременности    лишено   смысла:   "Два  события,   

одновременные при наблюдении из одной координатнойсистемы, уже

не  воспринимаются   как   одновременные  при рассмотрении  из 

системы,   движущейся    относительно    данной".    Возникает   

необходимость развить теорию преобразования координат ивремени

от покоящейся  системы  к  системе, равномерно  и прямолинейно 

движущейся относительно  первой. Эйнштейн пришел кформулировке

преобразований Лоренца:

               x-vt                       t-vx/cэ

         x'=ДДДДДДДДД , y'=y, z'=z, t'=ДДДДДДДДДД,

            ы1-vэ/cэ                     ы1-vэ/cэ

где x, y, z, t — координаты в одной системе, x', y', z',t' — в

другой.

     Из  этих  преобразований  вытекает  отрицаниенеизменности

протяжённости  и  длительности,  величина  которых зависит  от

движения системы отсчёта:

                      ________       dt0

                 l=l0ы1-vэ/cэ,  dt=ДДДДДДДДДД

                                   ы1-vэ/cэ

В  специальной теории относительности функционирует новыйзакон

сложения   скоростей,   из   которого   вытекает невозможность

превышения скорости света.

     Коренным  отличием  специальной  теорииотносительности от 

предшествующех   теорий   является  признание пространства   и 

времени  в  качестве   внутренних  элементов  движенияматерии,

                                                            9

структура которых зависит  от природы самого движения,является

его   функцией.  В  подходе  Эйнштейна  преобразования Лоренца

оказываются   связанными  с  новыми  свойствами пространства и

времени: с  относительностью  длины  и временногопромежутка, с 

равноправностью   пространства  и  времени,  с инвариантностью

пространственно — временного интервала.

     Важный вклад в понятие «равноправность»внёс Г.Минковский.

Он  показал  органическую взаимосвязь  пространства и времени,

которые    оказались    компонентами   единого   четырёхмерного 

континуума. Разделение на пространство и время не имеетсмысла.

     Пространство и время в специальной  теорииотносительности

трактуется с точки зрения реляционной концепции. Однакобыло бы

ошибочным  представлять  пространственно  — временнуюструктуру 

новой    теории    как    проявление   одной   лишь  концепции  

относительности. Введение  Минковским четырёхмерногоформализма

помогло   выявить  аспекты  «абсолютного мира»,  заданного  в 

пространственно — временном континууме.

     В теории относительности, как и  в  классическоймеханике, 

существуют два типа пространства  и  времени, которыереализуют 

субстанциальную  и   атрибутивную   концепции.  В классической 

механике  абсолютные  пространство и время выступали вкачестве 

структуры  мира  на теоретическом  уровне. В специальнойтеории 

относительности    аналогичным    статусом   обладает   единое 

четырёхмерное пространство — время.

     Переход  от  классической  механики  к  специальнойтеории

относительности  можно  представить  так:  1) на теоретическом

уровне  -  это   переход   от  абсолютных   и  субстанциальных  

пространства и времени к абсолютному и субстанциальномуединому

пространству — времени, 2) на  эмпирическом уровне — переход от

относительных и экстенсионных  пространства и времениНьютона к

реляционному пространству и времени Эйнштейна.

     Однако,   когда   Эйнштейн   пытался  расширить концепцию 

относительности    на    класс    явлений,   происходящих    в   

неинерциальных системах отсчёта, это  привело к созданию новой 

теории гравитации, к развитию релятивистской  космологиии т.д.

Он был вынужден  прибегнуть к помощи  иного  метода построения 

физических теорий, в котором первичным выступает теоретический

аспект.

     Новая  теория — общая  теория  относительности — строилась

путём  построения  обобщённого   пространства  и перехода   от 

теоретической структуры  исходной  теории — специальной теории

относительности — к  теоретической  структуре новой,обобщённой 

                                                           10

теории с последующей  её эмпирической  интерпретацией.Далее мы 

рассмотрим представление о пространстве и времени в светеобщей

теории относительности.

         2.2. Пространство   и   время   в   общей  теории

              относительности и в релятивистскойкосмологии.

     Одной из причин создания общей теорииотносительности было

желание Эйнштейна  избавить физику  от  необходимости введения

инерциальной системы отсчёта. Создание  новой теорииначалось с

пересмотра концепции  пространства и времени в полевойдоктрине

Фарадея  -  Максвелла  и  специальной  теории относительности.

Эйнштейн акцентировал внимание на одном важном  пункте,который

остался   незатронутым.  Речь   идет   о  следующем  положении  

специальной   теории    относительности: "… двум    выбранным  

материальным   точкам   покоящегося  тела  всегдасоответствует

некоторый  отрезок  определённой   длины,   независимо как  от

положения и ориентации тела, так и от  времени. Двумотмеченным

показаниям стрелки  часов,  покоящихся   относительнонекоторой 

системы  координат,  всегда   соответствует   интервал времени 

определённой величины, независимо от места ивремени".

     Следует   отметить,  что  в  общей  теорииотносительности

находит     наиболее     полное     воплощение   представление  

диалектического  материализма  о  пространстве  и времени  как

формах    существования    материи.      Специальная    теория  

относительности не затрагивала проблему воздействия материи на

структуру  пространства-времени,  а  в  общей  теории Эйнштейн

непосредственно обратился  к  органической взаимосвязиматерии,

движения, пространства и времени.

     Эйнштейн  исходил из известного факта о равенствеинертной

и тяжёлой масс. Он усмотрел в этом равенстве исходныйпункт, на

базе    которого    можно    объяснить    загадку  гравитации.   

Проанализировав  опыт Этвеша, Эйнштейн  обобщил егорезультат в 

принцип  эквивалентности:  "  физически   невозможно  отличить 

действие однородного гравитационного  поля и поля,порождённого

равноускоренным движением".

     Принцип эквивалентности носит локольный характер и,вообще

говоря, не  входит в структуру общей теорииотносительности. Он

помог  сформулировать основные  принципы, на котрых базируется

новая  теория:  гипотезы о геометрической природегравитации, о 

взаимосвязи геометрии пространства-времени и материи.Кроме них

Эйнштейн   выдвинул  ряд  матаматических  гипотез,  безкоторых

                                                           11

невозможно   было    бы   вывести    гравитационные уравнения:   

пространство    четырёхмерно,   его   структура   опрелеляется 

симметричным   метрическим   тензором,  уравнения должны  быть 

инвариантными относительно группы преобразованийкоординат.

     В  работе  «Относительность   и   проблема  пространства» 

Эйнштейн специально  рассматривает  вопрос о специфике понятия

пространства  в  общей   теории  относительности.Согласно этой

теории   пространство   не   существует   отдельно,  как нечто  

противоположное   «тому,  что  заполняет пространство»  и  что

зависит  от  координат. «Пустое пространство, т.е.пространство 

без поля  не  существует. Пространство-время существуетне само 

по себе, а только как структурное свойство поля».

     Для  общей  теории относительности  до сих  порактуальной

является   проблема  перехода  от  теоретических  к физическим

наблюдаемым   величинам.  Теория  предсказала  и объяснила три

общелелятивистских   эффекта:   были  предсказаны  и вычислены 

конкретные   значения    смещения   перегелия  Меркурия,  было  

педсказано и обнаружено отклонение  световых лучей звёздпри их

прохождении вблизи  Солнца, был  предсказан и обнаруженэффект 

красного гравитационного смещения частоты спектральныхлиний.

     Рассмотрим  далее  два  направления,  вытекающих  изобщей

теории    относительности:    геометризацию    гравитации    и   

релятивистскую  космологию,  т.к.   с  ними  связанодальнейшее 

развитие  пространственно-временных  представлений современной 

физики.

     Геометризация   гравитации  явилась  первым  шагомна пути

создания единой теории поля. Первую попыткугеометризации  поля

предприняв Г.Вейль.  Она  осуществлена  за рамками римановской

геометрии. Однако данное  направление не привело куспеху. Были

попытки  ввести   пространства  более  высокойразмерности. чем

четырёхмерное пространственно-временное   многообразие Римана: 

Калуца предложил  пятимерное, Клейн  -  шестимерное, Калицын —

бесконечное многообразие. Однако таким путём решитьпроблему не

удавалось.

     На  пути  пересмотра евклидовой  топологиипространства  —

времени  строится  современная единая  теория поля  — квантовая

геометродинамика   Дж.  Уитлера.   В   этой   теории обобщение  

представлений о пространстве достигает очень  высокойстепени и

вводится   понятие   суперпространства,   как   арены действия  

геометродинамики.  При   таком  подходе  каждомувзаимодействию

соответствует   своя   геометрия,  и   единство   этих  теорий 

заключается  в  существовании  общего  принципа,  по  которому

                                                           12

порожнаются данные  геометрии и «расслаиваются»соответствующие

пространства.                          

     Поиски   единых   теорий  поля  продолжаются. Чтокасается

квантовой геометродинамики  Уитлера, то  перед  ней стоит  ещё

более грандиозная задача — постичь  Вселенную   и элементарные

частицы в их единстве и гармонии.

     Доэйнштейновские    представления   о   Вселенной   можно 

охарактеризовать  следующим  образом:  Вселенная бесконечна  и

однородна в пространстве  и стационарна  во  времени.Они  были 

заимствованы  из механики Ньютона — это абсолютныепространство

и время, последнее по своему характеру Евклидово. Такая модель

казалась   очень  гармоничной  и  единственной.  Однако первые

попытки приложения к этой модели физических законов иконцепций

привели к неестественным выводам.

     Уже классическая космология требовала пересмотранекоторых

фундаментальных положений, чтобы преодолеть противоречия.Таких

положений  в  классической   космологии  четыре:стационарность

Вселенной,  её  однородность   и   изотропность,  евклидовость 

пространства.  Однако   в   рамках    классической  космологии  

преодолеть противоречия не удалось.

     Модель   Вселенной,  которая  следовала  из  общей теории

относительности,  связана   с   ревизией  всех фундаментальных 

положений классической космологии. Общая теорияотносительности

отождествила    гравитацию   с   искривлением   четырёхмерного 

пространства — времени. Чтобы построить работающуюотносительно

несложную   модель,   учёные    вынуждены  ограничить всеобщий  

пересмотр фундаментальных  положений  классическойкосмологоии: 

общая  теория   относительности   дополняется  космологическим 

постулатом однородности и изотропности Вселенной.

     Строгое выполнение принципа изотропности Вселеннойведёт к

признанию   её   однородности.  На  основе  этого постулата  в 

релятивистскую    космологию    вводится    понятие   мирового   

пространства и времени.  Но это  не  абсолютныепространство  и 

время  Ньютона,  которые   хотя  тоже   были   однородными   и  

изотропными, но в силу евклидовости  пространства имелинулевую

кривизну.  В  применении  к  неевклидову  пространству условия

однородности  и  изотропности  влекут  постоянство кривизны, и

здесь возможны три модификации  такого пространства: снулевой,

отрицательной и положительной кривизной.

     Возможность  для  пространства  и  времени иметьразличные

значения   постоянной  кривизны  подняли  в  космологии вопрос

конечна  Вселенная  или бесконечна.  В классической космологии

                                                            13

подобного  вопроса не возникало, т.к. евклидовостьпространства

и времени  однозначно  обуславливала её бесконечность.Однако в 

релятивистской космологии возможен и вариант конечнойВселенной

— это соответствует пространству положительной кривизны.

     Вселенная  Эйнштейна представляет собой трёхмернуюсферу —

замкнутое  в  себе   неевклидово  трёхмерное пространство. Оно

является конечным,   хотя и  безграничным. Вселенная Эйнштейна

конечна  в  пространстве,  но  бесконечна  во  времени. Однако

стационарность   вступала   в   противоречие  с  общей теорией 

относительности, Вселенная оказалась  неустойчивой истремилась

либо   расшириться,   либо   сжаться.   Чтобы  устранить   это  

противоречие   Эйнштейн  ввёл  в  уравнения  теории новый член

с помощью  которого   во   Вселенную   вводились  новые  силы, 

пропорциональные   расстоянию,  их  можно  представитькак силы

притяжения и отталкивания.

     Дальнейшее  развитие  космологии оказалось связаннымне со 

статической  моделью  Вселенной.  Впервые нестационарнаямодель 

была развита А. А. Фридманом. Метрические свойствапространства

оказались изменяющимися  во  времени. Выяснилось, чтоВселенная 

расширяется. Подтверждение этого было обнаружено в 1929году Э.

Хабблом, который наблюдал  красное смещение спектра.Оказалось,

что скорость  разбегания  галактик  возрастает с расстоянием и

подчиняется закону Хаббла V = H*L, где Н — постояннаяХаббла, L

— расстояние. Этот процесс продолжается и в настоящеевремя.

     Всвязи  с  этим  встают  две   важные  проблемы: проблема

расширения  пространства и проблема  начала времени.Существует 

гипотеза, что  так  называние «разбеганиегалактик» — наглядное 

обозначение     раскрытой     космологией      нестационарности   

пространственной   метрики.   Таким   образом,   не  галактики  

разлетаются  в  неизменном  пространстве,  а расширяется  само

пространство.

     Вторая проблема связана с представлением о началевремени.

Истоки истории Вселенной относятся к моменту времени t=0,когда

произошёл так называемый Большой взрыв. В.Л. Гинзбург считает,

что "… Вселенная  в прошлом  находилась  в  особом состоянии, 

которое  отвечает  началу  времени,  понятие  времени  доэтого

начала лишено физического, да и любого другогосмысла".

     В  релятивистской космологии была показанаотносительность

конечности  и  бесконечности   времени   в  различных системах 

отсчёта. Это положение особо чётко отразилось в представлениях

о «чёрных дырах».  Речь идет об  одном из наиболее  интересных

явлений  современной   космологии  -  гравитационном коллапсе.

                                                           14

С.Хокинс и Дж. Эллис  отмечают: «РасширениеВселенной во многих

отношениях  подобно  коллапсу звезды, если не считатьтого, что 

направление времени при расширении обратное».

     Как «начало»  Вселенной, так  и процессы в«чёрных  дырах»

связаны  со  сверхплотным состоянием  материи. Таким свойством

обладают  космические  тела после пересечения сферыШварцшильда 

(условная сфера  с  радиусом r = 2GM/cэ, где G — гравитационная 

постоянная, М — масса). Независимо  от  того, в какомсостоянии 

космический объект  пересёк  соответствующую сферуШварцшильда,

далее он  стремительно переходит   в  сверхплотное состояние в 

процессе  гравитационного   коллапса.  После  этого  от звезды

невозможно получить  никакой  информации,  т.к. ничто  неможет

вырваться из  этой  сферы  в окружающее  пространство - время:

звезда  потухает  для удалённого  наблюдателя, и впространстве 

образуется «чёрная дыра».

     Между коллапсирующей звездой и наблюдателем вобычном мире

пролегает   бесконечность,   т. к.   такая   звезда  находится 

за  бесконечностью  во  времени. Таким образом, оказалось, что

пространство — время  в  общей  теории относительностисодержит 

сингулярности,   наличие   которых   заставляет   пересмотреть  

концепцию  пространственно — временного  континуума какнекоего 

дифференцируемого «гладкого» многообразия.

     Возникает  проблема, связанная с представлением оконечной

стадии   гравитационного   коллапса,  когда  вся  масса звезды 

спрессовывается в точку ( r -> 0 ), когда  бесконечнаплотность

материи, бесконечна  кривизна  пространства и т.д. Этовызывает 

обоснованное сомнение. Дж. Уитлер считает, что взаключительной

стадии   гравитацинного    коллапса    вообще   не  существует 

пространства — времени. С. Хокинг  пишет: «Сингулярность — это 

место, где разрушается  классическая концепция  пространства и

времени так же, как и  все известные законы  физики, поскольку 

все они формулируются на  основе  классического пространства - 

времени.   Этих   представлений   придерживаются   большинство  

современных космологов.

     На заключительных  стадиях гравитационного коллапсавблизи

сингулярности  необходимо   учитывать  квантовые эффекты.  Они

должны  играть  на этом уровне доминирующую роль и могутвообще 

не допускать  сингулярности. Предполагается, что в этойобласти

происходят  субмикроскопические  флуктуации  материи,которые и 

составляют   основу глубокого микромира.

     Всё   это   свидетельствует  о  том,  что  понять мегамир

невозможно без понимания микромира.

                                                          15

         3. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В ФИЗИКЕ МИКРОМИРА.

         3.1. Пространственно-временные представления

              квантовой механики.

     Создание  Эйнштейном специальной теорииотносительности не

исчерпывает    возможноси     взаимодействия     механики    и  

электродинамики. В связи с объяснением тепловогоизлучения было

выявлено  противоречие  как  в  истолковании экспериментальных

данных, так и в теоретической согласованности этихвыводов. Это

повлекло за  собой рождение  квантовой механики.  Она положила

начало  неклассической   физике,   открыла  дорогу  к познанию 

микрокосмоса, к овладению внутриатомной энергией,  к пониманию 

процессов в недрах звёзд и „начале“ Вселенной.

     В  конце  XIX  века   физики   начали   исследовать,  как

распределяется излучение по всему спектру частот. В тот период

физики   задались  также  целью  выяснить  природу взаимосвязи

энергии  излучения и температуры  тела. М. Планк пыталсярешить

эту проблему с помощью методов классической электродинамики,но

это не привело к успеху. Попытка  решить   проблему  с позиции

термодинамики  столкнулась  с  рассогласованностью  теории   и

эксперимента.  Планк  получил  формулу  плотности излучения  с

помощью интерполяции:

                         8  h

                        ДДДДДДv

                          c

                 р = ДДДДДДДДДДДДД, где

                          hv

                      exp(ДД) — 1

                          kT

v  -  частота  излучения,  Т  -  температура,  k  - постоянная

Больцмана.

     Полученная  Планком  формула  была  очень содержательной,

кроме  того, она  включала  ранее  неизвестную  постоянную  h,

которую    Планк   назвал   элементарным   квантом   действия. 

Справедливость  формулы   Планка   достигалась  очень странным

для  классической  физики  предположением: процессизлучения  и 

поглощения энергии  является дискретным. 

     C  работами    Эйнштейна   о   фотонах   в   физику вошло  

представление о  карпускулярно -  волновом  дуализме. Реальная

природа  света  может   быть  представлена  как диалектическое

единство волны и частиц.

                                                           16

     Однако  возник вопрос о  сущности и структуреатома.  Было

предложено  множеств о противоречащих друг другу моделей.Выход 

был  найден  Н.  Бором  путём  синтеза планетарной моделиатома

Резерфорда и квантовой гипотезы. Он предположил, что атомможет

иметь  ряд   стационарных  состояний  при  переходе  в которые

поглащается   или   излучается   квант   энергии.  В самом  же  

стационарном  состоянии атом не излучает. Однако теорияБора не

объясняла  интенсивности  и поляризации  излучения.Частично  с

этим  удалось  справиться с  помощь принципа соответствияБора. 

Этот   принцип   сводится  к  тому,  что   при  описании любой 

микроскопической теории необходимо пользоваться терминологией,

применяемой в макромире.

     Принцип соответствия сыграл важную роль висследованиях де

Бройля.  Он  выяснил,  что  не  только световые  волныобладают

дискретной  структурой,  но  и  элементарным  частоцам материи

присущ  волновой  характер.  На  повестку  дня встала проблема

создания волновой механики квантовых объектов, которая в  1929 

году  была  решена  Э.  Шредингером,  который  вывел  волновое

уравнение, носящее его имя.

     Н. Бор   вскрыл   истинный   смысл  волнового   уравнения

Шредингера. Он показал, что это уравнение  описывает амплитуду

вероятности нахождения частицы в данной области пространства.

     Чуть раньше   (1925г.)   Гейзенбергом   была  разработана

квантовая механика.  Формальные правила этой теорииоснованы на

соотношении    неопределённостей    Гейзенберга:   чем  больше

неопределённость   пространственной   координаты,  тем  меньше

неопределённость   значения   импульса   частицы.  Аналогичное

соотношение имеет место для времени и энергии частицы.

     Таким   образом,  в  квантовой   механике   была  найдена

принципиальная  граница  применимости  классических  физических

представлений к атомным явлениям и процессам.

     В   квантовой  физике  была  поставлена  важнаяпроблема о

необходимости   пересмотра     пространственных  представлений 

лапласовского детерминизма классической физики.  Они оказались 

лишь приближёнными понятиями и основывались на слишком сильных

идеализациях. Квантовая  физика  потребовала  более адекватных 

форм   упорядоченности   событий,  в  которых  учитывалось  бы 

существование   принципиальной   неопределённости  в состоянии 

объекта,  наличие   черт   целостности  и индивидуальности   в 

микромире, что  и  выражалось  в понятии  универсальногокванта

действия h.

     Квантовая   механика   была   положена   в   основу бурно

                                                            17

развивающейся  физики  элементарных  частиц, количествокоторых

достигает нескольких сотен, но до  настоящего  времени ещё  не

создана  корректная  обобщающая теория.  В физике элементарных

частиц представления о пространстве и времени столкнулисьс ещё

большими   трудностями.   Оказалось,   что   микромир является  

многоуровневой системой, на каждом уровне  которойгосподствуют

специфические  виды  взаимодействий  и  специфические свойства

пространственно  -  временных  отношений.  Область доступных в

эксперименте микроскопических  интервалов  условно делится  на 

четыре уровня: 1)  уровень молекулярно -  атомных явлений,  2) 

уровень релятивистских  квантовоэлектродинамических процессов, 

3)   уровень   элементарных   частиц,  4)  уровень ультрамалых 

масштабов,   где    пространственно  -   временные   отношения   

оказываюстя   несколько   иными,  чем  в  классической  физике 

макромира. В  этой области  по-иному следует  понимать природу

пустоты — вакуум.

     В   квантовой   электродинамике  вакуум  является сложной 

системой   виртуально   рождающихся  и  поглащающихся фотонов, 

электронно — позитронных пар  и  других частиц.  На этомуровне 

вакуум  рассматривают  как  особый  вид  материи  — как поле в

состоянии   с   минимально    возможной    энергией. Квантовая   

электродинамика впервые наглядно показала, что пространство  и 

время нельзя оторвать от материи, что так называемая »пустота"

— это одно из состояний материи.

     Квантовая механика была применена  к вакууму, иоказалось,

что минимальное состояние энергии не характеризуетсянулевой её

плотностью. Минимум её оказался равным уровню осциллятораhv/2.

«Допустив скромные 0.5hv для каждой отдельной волны,- пишет Я.

Зельдович, — мы немедленно с ужасом обнаруживаем, что всеволны

вместе  дают  бесконечную  плотность  энергии». Этабесконечная

энергия пустого пространства таит в себе огромные возможности,

которые ещё предстоит освоить физике.

     Продвигаясь вглубь материи,  учёные перешагнулирубеж 10

см.  и   начали   исследовать  физические  процессы  в области 

субатомных  пространственно  -  временных  отношений. На  этом

уровне структурной организации материи определяющую рольиграют

сильные  взаимодействия  элементарных    частиц.  Здесь   иные  

пространственно — временные понятия. Так,  специфике микромира 

не соответствуют обыденные представления о соотношениичасти  и

целого.  Ещё  более  радикальных  изменений пространственно —

временных    представлений   требует   переход  к исследованию  

процессов, характерных  для  слабых взаимодействий.Поэтому  на

                                                           18

повестку дня  встаёт вопрос  о  нарушении  пространственной  и 

временной   чётности,  т.е.  правое  и  левое пространственные

направления оказываются неэквивалентными.

     В  этих  условиях   были   предприняты  различные попытки 

принципиально нового истолкования  пространства ивремени. Одно

направление связано с изменением  представлений опрерывности и

непрерывности  пространства и времени, а второе — сгипотезой о

возможной   макроскопической  природе  пространсва  и времени.

Рассмотрим более подробно эти направления.

         3.2. Прерывность и непрерывность пространства и

              времени в физике микромира.

     Физика   микромира   развивается   в   сложном единстве и

взаимодействии прерывности и непрерывности.  Это относится  не

только к структуре материи, но  и  к структуре пространства  и

времени.

     После создания теории относительности и квантовоймеханики

учёные  попытались объединить  эти две фундаментальные теории.

Первым достижением на этом пути явилось релятивистскоеволновое

уравнение  для  электрона.  Был  получен  неожиданный вывод  о

существовании антипода электрона  — частицы  с противоположным

электрическим зарядом. В настоящее время известно,  что каждой 

частице в природе  соответствует античастица,  это обусловлено

фундаментальными положениями  современной теории  и связано  с

кардинальными   свойствами  пространства  и  времени (чётность

пространства, отражение времени и т.д. ).

     Исторически  первой  квантовой теорией поля былаквантовая 

электродинамика,  включающая  в  себя   описание взамодействий

электронов, позитронов, мюонов и фотонов. Это покаединственная

ветвь теории  элементарных частиц,  которая  достигла высокого

уровня  развития   и   известной  завершённости.  Она является 

локальной теорией,  в  ней функционируют заимствованныепонятия 

классической физики,  основанные на концепциипространственно —

временной  непрерывности: точечность  заряда, локальностьполя, 

точечность взаимодействия  и  т. д. Наличие этих понятийвлечёт 

за  собой  существенные  трудности,  связанные  с бесконечными

значениями  некоторых  величин  (  масса,  собственная энергия

электрона, энергия нулевых колебаний поля и т.д. ).

     Эти трудности учёные  пытались преодалеть путёмвведения в

теорию  понятий   о  дискретном  пространстве  и времени.Такой

подход   намечает   единственный   выход   из неопределённости  

                                                           19

бесконечности, т.к.  содержит фундаментальную   длину - основу

атомистического пространства.

     Позже была построена обобщённая квантоваяэлектродинамика,

которая  также является локальной теорией, описывающейточечные

взаимодействия  точечных  частиц, что  приводит к существенным

трудностям.  Например, наличие электромагнитного иэлектронно —

позитронного  вакуума   обуславливает  небходимость внутренней

сложности, структурности электрона. Электрон поляризуетвакуум,

и  флуктуации  последнего создают вокруг электронаатмосферу из 

виртуальной электронно  -  позитронной   пары. При  этомвполне 

вероятен процесс аннигиляции исходного электрона  с позитроном 

пары.  Оставшийся электрон можно рассматривать какисходный, но

в другой точке пространства.

     Подобная   специфика  объектов  квантовой электродинамики

является веским аргументом в пользу концепции пространственно-

временной дискретности. В её основе лежит идея о том, чтомасса

и заряд электрона  находятся в разных физических полях,отличны

от массы и заряда  идеализированного ( изолированного отмира )

электрона. Разность  между массами оказывается бесконечной.При

оперировании  этими   бесконечностями  их  можно выразитьчерез

физические константы — заряд  и  массу реальногоэлектрона. Это 

достигается путём перенормировки теории.

     Что   касается   теории  сильных  взаимодействий, то  там 

процедуру перенормировки использовать не удаётся. Всвязис этим

в  физике  микромира   широкое  развитие  получилонаправление,

связанное  с  пересмотром   концепции   локальности. Отказ  от 

точечности взаимодействия  микрообъектов  может осуществляться

двумя методами. При  первом  исходят из положения. что понятие

локального  взаимодействия  лишено смысла.  Второйоснован   на

отрицании  понятия  точечной координаты пространства — времени, 

что приводит к теории квантового пространства — времени.

     Протяжённая   элементарная    частица   обладает  сложной  

динамической    структурой.    Подобная    сложная   структура   

микрообъектов  ставит  под сомнение  их элементарность. Учёные

столкнулись не только со сменой объекта, к которомуприлагается

свойство  элементарности,  но и  с пересмотром самойдиалектики 

элементарного и сложного  в  микромире. Элементарныечастицы не 

элементарны  в  классическом смысле: они похожи наклассические 

сложные   системы,  но  они  не  являются  этими  системами. В

элементарных   частицах   сочетаются  противоположные свойства 

элементарного и сложного.

     Отказ  от представлений о точечности взаимодействиявлечёт

                                                           20

за собой изменение наших представлений о структурепространства

— времени и причинности, которые тесно взаимосвязаны. Помнению

некоторых  физиков,  в микромире теряют смысл обычныевременные 

отношения  «раньше»   и   «позже».  В   области   нелокального 

взаимодействия события связаны в некий«комок»,  в  котором они 

взаимно обуславливают друг друга, но не следуют одно задругим.

     Таково   принципиальное   положение   дел, сложившееся  в 

развитии квантовой теории поля, начиная с работ Гейзенберга  и 

кончая современными  нелокальными и  нелинейными теориями, где 

нарушение причинности в  микромире провозглашается  в качестве

принципа и отмечается, что разграничение пространства — времени

на области «малые», где  причинность нарушена,и  большие,  где

она выполнена, невозможно  без  появления в нелокальной теории 

новой константы размерности  длины — элементарной длины.С этим

«атомом» пространства связан  и  элементарныймомент  времени ( 

хронон  ),  и  именно  в  соответствующей  импространственно —

временной области протекает сам процесс взаимодействиячастиц.

     Теория   дискретного  пространства  -  времени продолжает

развиваться.  Открытым остаётся  вопрос о внутренней структуре

«атомов»  пространства и времени.  Существуетли пространство и 

время  в «атомах»  пространства и времени?  Этоодна из  версий

гипотезы  о  возможной макроскопичности пространства ивремени, 

которая будет рассмотрена ниже.

         3.3. Проблема макроскопичности пространства

              и времени в микромире.

     В   современной   физике   микромира   возникла следующая  

проблема: речь стала идти не об изменении свойств илиструктуры

пространства и времени, а об их макроскопическойприроде,  т.е.

о том, что их вообще возможно нет в микромире. Такая постановка

вопроса связана с созданием  квантовой механики.  Что касается 

сфер  приложимости  гипотезы,  то  её  сторонникиразошлись  во

мнениях:  одни  считают,  что  она   имеет   отношение лишь  к 

теоретическому  описанию  объективной  реальности  в квантовой

физике, другие  расширили её  уровня философского положения  о

неуниверсальности пространства и времени как формсуществования

движущейся материи.

     В   ньютоновской   механике   теоретическое иэмпирическое

пространство и время во многом  совпадали.  С  развитиемфизики

это совпадение нарушается.

     В связи  с этим  возникает вопрос: должна ли эмпирическая

                                                           21

структура  физической  теории  выступать   обязательно  вформе

пространства   и   времени   классической   физики? Гейзенберг  

следующим  образом  описывает  создавшуюся  в  физикемикромира

ситуацию: «Оказывается, в наших исследованияхатомных процессов

неизбежно существует своеобразное раздвоение. С одной стороны,

вопросы,  с  которыми  мы  обращаемся  к  природе  посредством

экспериментов, всегда  формулируются  в  понятиях классической 

физики,  в  особенности  в  понятиях  пространства  и времени,

поскольку наш язык  приспособлен к передаче  только обыденного 

нашего окружения и поскольку опыты мы не можем провести иначе,

как только  во времени  и  в  пространстве. С  другой стороны, 

математические    выражения,    пригодные    для   изображения   

экспериментальных   результатов,  представляют  собой волновые

функции  в  многомерных   конфигурационных  пространствах,  не 

допускающих какой-либо простой нагляднойинтерпретации».

     Из этого положения можно сделать вывод, чтопространство и

время  классической  физики  являются  эмпирической структурой

квантовой механики.

     Так  в  чём же суть рассматриваемой гипотезы?Эмпирическая 

структура    физической    теории    заведомо   макроскопична.   

Теоретическая структура при  описании микромира выступает  как

пространство и время. Пространство и время  можно использовать 

при  развитии  физических  теорий,  описывающих  другие уровни

строения материи, но это сопряжено с неоправданным усложнением

теории,  и  поэтому    от   них   отказываются.   Речь идёт  о  

макроскопичности пространства  и  времени, которыевыступают  в

качестве теоретических структур физических теорий.

     В   заключении   рассмотрим  гипотезу  о макроскопической 

природе пространства  и  времени  с точки  зрениядиалектико  —

материалистического учения об  их  универсальности. Речьедёт о 

пространстве  и  времени  как   категориях  современнойфизики,

которые   являются   специфическими   метрическими структурами 

сосуществования  данных  явлений и смены конкретныхсостояниий, 

что предполагает  возможность  различия  двух соседних точек и

двух последующих моментов.  Свойства«соседства» и «следования»

являются конкретными  и  специфическими  свойствами структуры, 

которые могут существовать далеко не везде. С этой точкизрения

можно даже говорить  о «внепространственных» и  «вневременных» 

формах существования  материи. Однако,  можно задать  и другой

вопрос: если пространство и время оказываютсянеуниверсальными,

то  какой  смысл  нужно  вкладывать  в  них  сейчас,чтобы  они

попрежнему оставались универсальными?

                                                           22

     С этим вопросом связано возникновение и развитиеразличных

модификаций  гипотезы о макроскопической природепространства и

времени.  Если  этой   гипотезе  пытаются  придать философский

статус, то это необоснованно,  т.к. она носит сугубофизический

характер и не вступает в противоречие с тезисомдиалектическо —

материалистической   философии  о  всеобщности пространства  и

времени. Но в  рамках  физической проблематики этагипотеза  не

означает,  что   макромир   обладает   только  соответствующей  

пространственной природой, т.е. следует учитывать, чтомакромир

не  исчерпывается  классическими   объектами   в  классических 

пространстве  и  времени,  что  неклассический  макромир может

потребовать   неклассической    пространственно   -  временной  

организации.

                            _______

                                                           23

         ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

     На  этом мы завершим анализ статуса пространства ивремени

в   физическом    познании.    Связанные   с   этим   проблемы

разрабатываются  многими философами иестествоиспытателями. Уже

получены интерересные результаты и ведутся плодотворныепоиски.

     В   последнее   время   наука   пришла  к представлению о      

диалектической    взаимосвязи   элементов   различных  уровней

целостного мира, в котором элементарная частица можетоказаться

полузамкнутой  Вселенной,  а  в  специфике  человекаможет быть

запечетлена структура Вселенной.

                            _______

                                                           24

         ЛИТЕРАТУРА.

1. Аскин Я.Ф. Проблема времени. Её физическоеистолкование, М.:

   Мысль,-1986.

2. Ахундов М.Д. Пространство и  время  в  физическом познании,

   М.: Мысль,-1982.-253 с.

3. Ахундов М. Д.    Проблемы    прерывности   и  непрерывности

   пространства и времени, М.: Наука,-1974.-256 с.

4. Ахундов М.Д.   Концепции   пространства  и  времени:истоки,

   эволюция, перспективы, М.: Наука,-1982.-222 с.

5. Осипов А.И. Пространство и время как категориимировоззрения

   и регуляторы практической деятельности, Минск: Наука и

   техника,-1989.-220 с.

6. Потёмкин В.К., Симанов А.Л. Пространство в  структуре мира,

   Новосибирск: Наука,-1990.-176 с.

7. Эйнштейн А. Собрание  научных трудов в четырёх томах.Том I.

   Работы по теории относительности 1905-1920,М.: Наука,-1965.-

   700с.

www.ronl.ru

Реферат - Пространство и время в физике

Министерство науки, высшей школы и технической политики

Российской федерации

Саратовский ордена трудового красного знамени государственный

университет им. Н. Г. Чернышевского

РЕФЕРАТ ПО ФИЛОСОФИИ

соискателя звания к.ф.-м.н.

инженера кафедры физики твёрдого тела

Бабаяна Андрея Владимировича.

Тема: Пространство и время в физике.

г.Саратов — 1994 г.

1

СОДЕРЖАНИЕ

лист

ВВЕДЕНИЕ 2

1. Развитие пространственно-временных представлений

в классической механике 3

2. Пространство и время в теории относительности

Альберта Эйнштейна 8

2.1. Специальная теория относительности 8

2.2. Пространство и время в общей теории

относительности и релятивистской

космологии 10

3. Пространство и время в физике микромира 15

3.1. Пространственно-временные представления

квантовой механики 15

3.2. Прерывность и непрерывность пространства и

времени в физике микромира 18

3.3. Проблема макроскопичности пространства и

времени в микромире 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23

ЛИТЕРАТУРА 24

2

ВВЕДЕНИЕ.

Диалектический материализм исходит из того, что «в мире

нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не

может двигаться иначе, как в пространстве и во времени»(*).

Пространство и время, следовательно, выступают фундаментальными

формами существования материи. Классическая физика

рассматривала пространственно — временной континуум как

универсальную арену динамики физических объектов. Однако

развитие неклассической физики ( физики элементарных частиц,

квантовой физики и др. ) выдвинуло новые представления о

пространстве и времени. Оказалось, что эти категории неразрывно

связаны между собой. Возникли разные концепции: согласно одним,

в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного

пространства, а физические объекты являются только проявлениями

этого пространства. Согласно другим, пространство и время

присущи лишь макроскопическим объектам.

Как видно, современная физика настолько разрослась и

потеряла единство, что в ее различных разделах существуют прямо

противоположные утверждения о природе и статусе пространства и

времени. Этот факт требует тщательного исследования, так как

может показаться, что представления современной физики

противоречат фундаментальным положениям диалектического

материализма.

Правда, следует отметить, что в современной физике речь

идет о пространстве и времени как о физических понятиях, как о

конкретных математических структурах, наделенных

соответствующими семантическими и эмпирическими интерпретациями

в рамках оределённых теорий, и что выяснение макроскопичности

подобных структур не имеет прямого отношения к положению

диалектического материализма об универсальности пространства и

времени, так как в этом речь идет уже о философских категориях.

Начинать исследование целесообразно с представлений

античной натурфилософии, анализируя затем весь процесс развития

пространственно — временных представлений вплоть до наших дней.

ДДДДДДДДД

(*) Ленин В.И. ПСС, т. 18, с. 181.

3

1. РАЗВИТИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО — ВРЕМЕННЫХ

ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ.

В анализе античных доктрин о пространстве и времени

остановимся на двух: атомизме Демокрита и системе Аристотеля.

Атомистическая доктрина была развита материалистами

Древней Греции Левкиппом и Демокритом. Согласно этой доктрины,

всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек

материи ( атомов ), которые двигаются, сталкиваются и

сочетаются в пустом пространстве. Атомы ( бытие ) и пустота (

небытие ) являются первоначалами мира. Атомы не возникают и не

уничтожаются, их вечность проистекает из безначальности

времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время.

Бесконечному пространству соответствует бесконечное время.

Сторонники этой концепции полагали, что атомы физически

неделимы в силу плотности и отсутствия в них пустоты. Множество

атомов, которые не разделяются пустотой, превращаются в один

большой атом, исчерпывающий собой мир.

Сама же концепция была основана на атомах, которые в

сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. В

основе этих атомов лежат амеры ( пространственный минимум

материи ). Отсутствие у амеров частей служит критерием

математической неделимости. Атомы не распадаются на амеры, а

последние не существуют в свободном состоянии. Это совпадает с

представлениями современной физики о кварках.

Характеризуя систему Демокрита как теотию структурных

уровней материи — физического ( атомы и пустота ) и

математического ( амеры ), мы сталкиваемся с двумя

пространствами: непрерывное физическое пространство как

вместилище и математическое пространство, основанное на амерах

как масштабных единицах протяжения материи.

В соответствии с атомистической концепцией пространства

Демокрит решал вопросы о природе времени и движения. В

дальнейшем они были развиты Эпикуром в систему. Эпикур

рассмотривал свойства механического движения исходя из

дискретного характера пространства и времени. Например,

свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с

одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии

состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один

«атом» пространства за один «атом» времени.

Таким образом, древнегреческие атомисты различали два типа

пространства и времени. В их представлениях были реализованы

4

субстанциальная и атрибутивная концепции.

Аристотель начинает анализ с общего вопроса о

существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о

существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени

ведётся Аристотелем уже на физическом уровне, где основное

внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель

показывает. что время немыслимо, не существует без движения, но

оно не есть и само движение.

В такой модели времени реализована реляционная концепция.

Измерить время и выбрать единицы его измерения можно с помощью

любого периодического движения, но, для того чтобы полученная

величина была универсальной, необходимо использовать движение с

максимальной скоростью. В современной физике это скорость

света, в античной и средневековой философии — скорость движения

небесной сферы.

Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего

отношения предметов материального мира, оно понимается как

объективная категория, как свойство природных вещей.

Механика Аристотеля функционировала лишь в его модели

мира. Она была построена на очевидных явлениях земного мира. Но

это лишь один из уровней космоса Аристотеля. Его

космологическая модель функционировала в конечном неоднородном

пространстве, центр которого совпадал с центром Земли. Космос

был разделен на земной и небесный уровни. Земной состоит из

четырёх стихий — земли, воды, воздуха и огня; небесный — из

эфирных тел, пребывающих в бесконечном круговом движении.

Эта модель просуществовала около двух тысячелетий.

Однако в системе Аристотеля были и другие положения,

которые оказались более жизнеспособными и во многом определили

развитие науки вплоть до настоящего времени. Речь идёт о

логическом учении Аристотеля на основе которого были

разработаны первые научные теории, в частности геометрия

Евклида.

В геометрии Евклида наряду с определениями и аксиомами

встечаются и постулаты, что свойственно больше физике, чем

арифметике. В постулатах сформулированы те задачи, которые

считались решёнными. В таком подходе представлена модель

теории, которая работает и сегодня: аксиоматическая система и

эмпирический базис связываются операционными правилами.

Геометрия Евклида является первой логической системой понятий,

трактующих поведение каких-то природных объектов. Огромной

заслугой Евклида является выбор в качестве объектов теории

5

твёрдого тела и световых лучей.

Г.Галилей вскрыл несостоятельность аристотелевской картины

мира как в эмпирическом, так и в теоретико-логическом плане. С

помощью телескопа он наглядно показал насколько глубоки были

революционные представления Н. Коперника, который развил

гелиоцентрическую модель мира. Первым шагом развития теории

Коперника можно считать открытия И.Кеплера:

1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов

которого находится Солнце.

2. Площадь сектора орбиты, описуваемая радиус-вектором планеты,

изменяется пропорционально времени.

3. Квадраты времён обращения планет вокруг Солнца относятся как

кубы их средних расстояний от Солнца.

Галилей, Декарт и Ньютон рассматривали различные сочетания

концепций пространства и инерции: у Галилея признаётся пустое

пространство и круговое инерциальное движение, Декарт дошёл до

идеи прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое

пространство, и только Ньютон объединил пустое пространство и

прямолинейное инерциальное движение.

Для Декарта не характерен осознанный и систематический

учёт относительности движения. Его представления ограничены

рамками геометризации физических объектов, ему чужда

ньютоновская трактовка массы как инерциального сопротивления

изменению. Для Ньютона же характерна динамическая трактовка

массы, и в его системе это понятие сыграло основопологающую

роль. Тело сохраняет для Декарта состояние движения или покоя,

ибо это требуется неизменностью божества. То же самое

достоверно для Ньютона вследствие массы тела.

Понятия пространства и времени вводятся Ньютоном на

начальном уровне изложения, а затем получают своё физическое

содержание с помощью аксиом через законы движения. Однако они

предшествуют аксиомам, так как служат условием для реализации

аксиом: законы движения классической механики справедливы

в инерциальных системах отсчёта, которые определяются как

системы, движущиеся инерциально по отношению к абсолютному

пространству и времени. У Ньютона абсолютное пространство и

время являются ареной движения физических объектов.

После выхода в свет «Начал» Ньютона физика начала активно

развиваться, причём этот процесс происходил на основе

механистического подхода. Однако, вскоре возникли разногласия

между механикой и оптикой, которая не укладывалась в

классические представления о движении тел.

6

После того, как физики пришли к выводу о волновой природе

света возникло понятие эфира — среды в которой свет

распространяется. Каждая частица эфира могла быть представлена

как источник вторичных волн, и можно было объяснить огромную

скорость света огромной твёрдостью и упругостью частиц эфира.

Иными словами эфир был материализацией Ньютоновского

абсолютного пространства. Но это шло в разрез с основными

положениями доктрины Ньютона о пространстве.

Революция в физике началась открытием Рёмера — выяснилось,

что скорость света конечна и равна примерно 300'000 км/с. В

1728 году Брэдри открыл явление звёздной аберрации. На основе

этих открытий было установлено, что скорость света не зависит

от движения источника и/или приёмника.

О.Френель показал, что эфир может частично увлекаться

движущимися телами, однако опыт А.Майкельсона (1881 г.)

полностью это опроверг. Таким образом возникла необъяснимая

несогласованность, оптические явления всё хуже сводились к

механике. Но окончательно механистическую картину мира

подорвало открытие Фарадея — Максвелла: свет оказался

разновидностью электромагнитных волн. Многочисленные

экспериментальные законы нашли отражение в системе уравнений

Максвелла, которые описывают принципиально новые

закономерности. Ареной этих законов является всё пространство,

а не одни точки, в которых находится вещество или заряды, как

это принимается для механических законов.

Так возникла электромагнитная теория материи. Физики

пришли к выводу о существовании дискретных элементарных

объектов в рамках электромагнитной картины мира (электронов).

Основные достижения в области исследования электрических и

оптических явлений связаны с электронной теорией Г.Лоренца.

Лоренц стоял на позиции классической механики. Он нашёл выход,

который спасал абсолютное пространство и время классической

механики, а также объяснял результат опыта Майкельсона, правда

ему пришлось отказаться от преобразований координат Галилея и

ввести свои собственные, основанные на неинвариантности

времени. t'=t-(vx/cэ), где v — скорость движения системы

относительно эфира, а х — координата той точки в движущейся

системе, в которой производится измерение времени. Время t' он

назвал «локальным временем». На основе этой теории виден эффект

изменения размеров тел L2/L1=1+(vэ/2cэ). Сам Лоренц объяснил

это опираясь на свою электронную теорию: тела испытывают

сокращение вследствие сплющивания электронов.

7

Терия Лоренца исчерпала возможности классической физики.

Дальнейшее развитие физики было на пути ревизии фундаментальных

концепций классической физики, отказа от принятия каких — либо

выделенных систем отсчёта, отказа от абсолютного движения,

ревизии концепции абсолютного пространства и времени. Это было

сделано лишь в специальной теории относительности Эйнштейна.

_______

8

2. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА.

2.1. Специальная теория относительности.

В теории относительности Эйнштейна вопрос о свойствах и

структуре эфира трансформируется в вопрос о реальности самого

эфира. Отрицательные результаты многих экспериментов по

обнаружению эфира нашли естественное объяснение в теории

относительности — эфир не существует. Отрицание существования

эфира и принятие постулата о постоянстве и предельности

скорости света легли в основу теории относительности, которая

выступает как синтез механики и электродинамики.

Принцип относительности и принцип постоянства скорости

света позволили Эйнштейну перейти от теории Максвелла для

покоящихся тел к непротиворечивой электродинамике движущихся

тел. Далее Эйнштейн рассматривает относительность длин и

промежутков времени, что приводит его к выводу о том, что

понятие одновременности лишено смысла: " Два события,

одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже

не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из

системы, движущейся относительно данной ". Возникает

необходимость развить теорию преобразования координат и времени

от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно

движущейся относительно первой. Эйнштейн пришел к формулировке

преобразований Лоренца:

x-vt t-vx/cэ

x'=ДДДДДДДДД, y'=y, z'=z, t'=ДДДДДДДДДД,

ы1-vэ/cэ ы1-vэ/cэ

где x, y, z, t — координаты в одной системе, x', y', z', t' — в

другой.

Из этих преобразований вытекает отрицание неизменности

протяжённости и длительности, величина которых зависит от

движения системы отсчёта:

________ dt0

l=l0ы1-vэ/cэ, dt=ДДДДДДДДДД

ы1-vэ/cэ

В специальной теории относительности функционирует новый закон

сложения скоростей, из которого вытекает невозможность

превышения скорости света.

Коренным отличием специальной теории относительности от

предшествующех теорий является признание пространства и

времени в качестве внутренних элементов движения материи,

9

структура которых зависит от природы самого движения, является

его функцией. В подходе Эйнштейна преобразования Лоренца

оказываются связанными с новыми свойствами пространства и

времени: с относительностью длины и временного промежутка, с

равноправностью пространства и времени, с инвариантностью

пространственно — временного интервала.

Важный вклад в понятие «равноправность» внёс Г.Минковский.

Он показал органическую взаимосвязь пространства и времени,

которые оказались компонентами единого четырёхмерного

континуума. Разделение на пространство и время не имеет смысла.

Пространство и время в специальной теории относительности

трактуется с точки зрения реляционной концепции. Однако было бы

ошибочным представлять пространственно — временную структуру

новой теории как проявление одной лишь концепции

относительности. Введение Минковским четырёхмерного формализма

помогло выявить аспекты «абсолютного мира», заданного в

пространственно — временном континууме.

В теории относительности, как и в классической механике,

существуют два типа пространства и времени, которые реализуют

субстанциальную и атрибутивную концепции. В классической

механике абсолютные пространство и время выступали в качестве

структуры мира на теоретическом уровне. В специальной теории

относительности аналогичным статусом обладает единое

четырёхмерное пространство — время.

Переход от классической механики к специальной теории

относительности можно представить так: 1) на теоретическом

уровне — это переход от абсолютных и субстанциальных

пространства и времени к абсолютному и субстанциальному единому

пространству — времени, 2) на эмпирическом уровне — переход от

относительных и экстенсионных пространства и времени Ньютона к

реляционному пространству и времени Эйнштейна.

Однако, когда Эйнштейн пытался расширить концепцию

относительности на класс явлений, происходящих в

неинерциальных системах отсчёта, это привело к созданию новой

теории гравитации, к развитию релятивистской космологии и т.д.

Он был вынужден прибегнуть к помощи иного метода построения

физических теорий, в котором первичным выступает теоретический

аспект.

Новая теория — общая теория относительности — строилась

путём построения обобщённого пространства и перехода от

теоретической структуры исходной теории — специальной теории

относительности — к теоретической структуре новой, обобщённой

10

теории с последующей её эмпирической интерпретацией. Далее мы

рассмотрим представление о пространстве и времени в свете общей

теории относительности.

2.2. Пространство и время в общей теории

относительности и в релятивистской космологии.

Одной из причин создания общей теории относительности было

желание Эйнштейна избавить физику от необходимости введения

инерциальной системы отсчёта. Создание новой теории началось с

пересмотра концепции пространства и времени в полевой доктрине

Фарадея — Максвелла и специальной теории относительности.

Эйнштейн акцентировал внимание на одном важном пункте, который

остался незатронутым. Речь идет о следующем положении

специальной теории относительности: "… двум выбранным

материальным точкам покоящегося тела всегда соответствует

некоторый отрезок определённой длины, независимо как от

положения и ориентации тела, так и от времени. Двум отмеченным

показаниям стрелки часов, покоящихся относительно некоторой

системы координат, всегда соответствует интервал времени

определённой величины, независимо от места и времени".

Следует отметить, что в общей теории относительности

находит наиболее полное воплощение представление

диалектического материализма о пространстве и времени как

формах существования материи. Специальная теория

относительности не затрагивала проблему воздействия материи на

структуру пространства-времени, а в общей теории Эйнштейн

непосредственно обратился к органической взаимосвязи материи,

движения, пространства и времени.

Эйнштейн исходил из известного факта о равенстве инертной

и тяжёлой масс. Он усмотрел в этом равенстве исходный пункт, на

базе которого можно объяснить загадку гравитации.

Проанализировав опыт Этвеша, Эйнштейн обобщил его результат в

принцип эквивалентности: " физически невозможно отличить

действие однородного гравитационного поля и поля, порождённого

равноускоренным движением".

Принцип эквивалентности носит локольный характер и, вообще

говоря, не входит в структуру общей теории относительности. Он

помог сформулировать основные принципы, на котрых базируется

новая теория: гипотезы о геометрической природе гравитации, о

взаимосвязи геометрии пространства-времени и материи. Кроме них

Эйнштейн выдвинул ряд матаматических гипотез, без которых

11

невозможно было бы вывести гравитационные уравнения:

пространство четырёхмерно, его структура опрелеляется

симметричным метрическим тензором, уравнения должны быть

инвариантными относительно группы преобразований координат.

В работе «Относительность и проблема пространства»

Эйнштейн специально рассматривает вопрос о специфике понятия

пространства в общей теории относительности. Согласно этой

теории пространство не существует отдельно, как нечто

противоположное «тому, что заполняет пространство» и что

зависит от координат. «Пустое пространство, т.е. пространство

без поля не существует. Пространство-время существует не само

по себе, а только как структурное свойство поля».

Для общей теории относительности до сих пор актуальной

является проблема перехода от теоретических к физическим

наблюдаемым величинам. Теория предсказала и объяснила три

общелелятивистских эффекта: были предсказаны и вычислены

конкретные значения смещения перегелия Меркурия, было

педсказано и обнаружено отклонение световых лучей звёзд при их

прохождении вблизи Солнца, был предсказан и обнаружен эффект

красного гравитационного смещения частоты спектральных линий.

Рассмотрим далее два направления, вытекающих из общей

теории относительности: геометризацию гравитации и

релятивистскую космологию, т.к. с ними связано дальнейшее

развитие пространственно-временных представлений современной

физики.

Геометризация гравитации явилась первым шагом на пути

создания единой теории поля. Первую попытку геометризации поля

предприняв Г.Вейль. Она осуществлена за рамками римановской

геометрии. Однако данное направление не привело к успеху. Были

попытки ввести пространства более высокой размерности. чем

четырёхмерное пространственно-временное многообразие Римана:

Калуца предложил пятимерное, Клейн — шестимерное, Калицын —

бесконечное многообразие. Однако таким путём решить проблему не

удавалось.

На пути пересмотра евклидовой топологии пространства —

времени строится современная единая теория поля — квантовая

геометродинамика Дж. Уитлера. В этой теории обобщение

представлений о пространстве достигает очень высокой степени и

вводится понятие суперпространства, как арены действия

геометродинамики. При таком подходе каждому взаимодействию

соответствует своя геометрия, и единство этих теорий

заключается в существовании общего принципа, по которому

12

порожнаются данные геометрии и «расслаиваются» соответствующие

пространства.

Поиски единых теорий поля продолжаются. Что касается

квантовой геометродинамики Уитлера, то перед ней стоит ещё

более грандиозная задача — постичь Вселенную и элементарные

частицы в их единстве и гармонии.

Доэйнштейновские представления о Вселенной можно

охарактеризовать следующим образом: Вселенная бесконечна и

однородна в пространстве и стационарна во времени. Они были

заимствованы из механики Ньютона — это абсолютные пространство

и время, последнее по своему характеру Евклидово. Такая модель

казалась очень гармоничной и единственной. Однако первые

попытки приложения к этой модели физических законов и концепций

привели к неестественным выводам.

Уже классическая космология требовала пересмотра некоторых

фундаментальных положений, чтобы преодолеть противоречия. Таких

положений в классической космологии четыре: стационарность

Вселенной, её однородность и изотропность, евклидовость

пространства. Однако в рамках классической космологии

преодолеть противоречия не удалось.

Модель Вселенной, которая следовала из общей теории

относительности, связана с ревизией всех фундаментальных

положений классической космологии. Общая теория относительности

отождествила гравитацию с искривлением четырёхмерного

пространства — времени. Чтобы построить работающую относительно

несложную модель, учёные вынуждены ограничить всеобщий

пересмотр фундаментальных положений классической космологоии:

общая теория относительности дополняется космологическим

постулатом однородности и изотропности Вселенной.

Строгое выполнение принципа изотропности Вселенной ведёт к

признанию её однородности. На основе этого постулата в

релятивистскую космологию вводится понятие мирового

пространства и времени. Но это не абсолютные пространство и

время Ньютона, которые хотя тоже были однородными и

изотропными, но в силу евклидовости пространства имели нулевую

кривизну. В применении к неевклидову пространству условия

однородности и изотропности влекут постоянство кривизны, и

здесь возможны три модификации такого пространства: с нулевой,

отрицательной и положительной кривизной.

Возможность для пространства и времени иметь различные

значения постоянной кривизны подняли в космологии вопрос

конечна Вселенная или бесконечна. В классической космологии

13

подобного вопроса не возникало, т.к. евклидовость пространства

и времени однозначно обуславливала её бесконечность. Однако в

релятивистской космологии возможен и вариант конечной Вселенной

— это соответствует пространству положительной кривизны.

Вселенная Эйнштейна представляет собой трёхмерную сферу —

замкнутое в себе неевклидово трёхмерное пространство. Оно

является конечным, хотя и безграничным. Вселенная Эйнштейна

конечна в пространстве, но бесконечна во времени. Однако

стационарность вступала в противоречие с общей теорией

относительности, Вселенная оказалась неустойчивой и стремилась

либо расшириться, либо сжаться. Чтобы устранить это

противоречие Эйнштейн ввёл в уравнения теории новый член

с помощью которого во Вселенную вводились новые силы,

пропорциональные расстоянию, их можно представить как силы

притяжения и отталкивания.

Дальнейшее развитие космологии оказалось связанным не со

статической моделью Вселенной. Впервые нестационарная модель

была развита А. А. Фридманом. Метрические свойства пространства

оказались изменяющимися во времени. Выяснилось, что Вселенная

расширяется. Подтверждение этого было обнаружено в 1929 году Э.

Хабблом, который наблюдал красное смещение спектра. Оказалось,

что скорость разбегания галактик возрастает с расстоянием и

подчиняется закону Хаббла V = H*L, где Н — постоянная Хаббла, L

— расстояние. Этот процесс продолжается и в настоящее время.

Всвязи с этим встают две важные проблемы: проблема

расширения пространства и проблема начала времени. Существует

гипотеза, что так называние «разбегание галактик» — наглядное

обозначение раскрытой космологией нестационарности

пространственной метрики. Таким образом, не галактики

разлетаются в неизменном пространстве, а расширяется само

пространство.

Вторая проблема связана с представлением о начале времени.

Истоки истории Вселенной относятся к моменту времени t=0, когда

произошёл так называемый Большой взрыв. В.Л. Гинзбург считает,

что "… Вселенная в прошлом находилась в особом состоянии,

которое отвечает началу времени, понятие времени до этого

начала лишено физического, да и любого другого смысла".

В релятивистской космологии была показана относительность

конечности и бесконечности времени в различных системах

отсчёта. Это положение особо чётко отразилось в представлениях

о «чёрных дырах». Речь идет об одном из наиболее интересных

явлений современной космологии — гравитационном коллапсе.

14

С.Хокинс и Дж. Эллис отмечают: «Расширение Вселенной во многих

отношениях подобно коллапсу звезды, если не считать того, что

направление времени при расширении обратное».

Как «начало» Вселенной, так и процессы в «чёрных дырах»

связаны со сверхплотным состоянием материи. Таким свойством

обладают космические тела после пересечения сферы Шварцшильда

(условная сфера с радиусом r = 2GM/cэ, где G — гравитационная

постоянная, М — масса). Независимо от того, в каком состоянии

космический объект пересёк соответствующую сферу Шварцшильда,

далее он стремительно переходит в сверхплотное состояние в

процессе гравитационного коллапса. После этого от звезды

невозможно получить никакой информации, т.к. ничто не может

вырваться из этой сферы в окружающее пространство — время:

звезда потухает для удалённого наблюдателя, и в пространстве

образуется «чёрная дыра».

Между коллапсирующей звездой и наблюдателем в обычном мире

пролегает бесконечность, т. к. такая звезда находится

за бесконечностью во времени. Таким образом, оказалось, что

пространство — время в общей теории относительности содержит

сингулярности, наличие которых заставляет пересмотреть

концепцию пространственно — временного континуума как некоего

дифференцируемого «гладкого» многообразия.

Возникает проблема, связанная с представлением о конечной

стадии гравитационного коллапса, когда вся масса звезды

спрессовывается в точку ( r -> 0 ), когда бесконечна плотность

материи, бесконечна кривизна пространства и т.д. Это вызывает

обоснованное сомнение. Дж. Уитлер считает, что в заключительной

стадии гравитацинного коллапса вообще не существует

пространства — времени. С. Хокинг пишет: «Сингулярность — это

место, где разрушается классическая концепция пространства и

времени так же, как и все известные законы физики, поскольку

все они формулируются на основе классического пространства —

времени. Этих представлений придерживаются большинство

современных космологов.

На заключительных стадиях гравитационного коллапса вблизи

сингулярности необходимо учитывать квантовые эффекты. Они

должны играть на этом уровне доминирующую роль и могут вообще

не допускать сингулярности. Предполагается, что в этой области

происходят субмикроскопические флуктуации материи, которые и

составляют основу глубокого микромира.

Всё это свидетельствует о том, что понять мегамир

невозможно без понимания микромира.

15

3. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В ФИЗИКЕ МИКРОМИРА.

3.1. Пространственно-временные представления

квантовой механики.

Создание Эйнштейном специальной теории относительности не

исчерпывает возможноси взаимодействия механики и

электродинамики. В связи с объяснением теплового излучения было

выявлено противоречие как в истолковании экспериментальных

данных, так и в теоретической согласованности этих выводов. Это

повлекло за собой рождение квантовой механики. Она положила

начало неклассической физике, открыла дорогу к познанию

микрокосмоса, к овладению внутриатомной энергией, к пониманию

процессов в недрах звёзд и „начале“ Вселенной.

В конце XIX века физики начали исследовать, как

распределяется излучение по всему спектру частот. В тот период

физики задались также целью выяснить природу взаимосвязи

энергии излучения и температуры тела. М. Планк пытался решить

эту проблему с помощью методов классической электродинамики, но

это не привело к успеху. Попытка решить проблему с позиции

термодинамики столкнулась с рассогласованностью теории и

эксперимента. Планк получил формулу плотности излучения с

помощью интерполяции:

8 h

ДДДДДДv

c

р = ДДДДДДДДДДДДД, где

hv

exp(ДД) — 1

kT

v — частота излучения, Т — температура, k — постоянная

Больцмана.

Полученная Планком формула была очень содержательной,

кроме того, она включала ранее неизвестную постоянную h,

которую Планк назвал элементарным квантом действия.

Справедливость формулы Планка достигалась очень странным

для классической физики предположением: процесс излучения и

поглощения энергии является дискретным.

C работами Эйнштейна о фотонах в физику вошло

представление о карпускулярно — волновом дуализме. Реальная

природа света может быть представлена как диалектическое

единство волны и частиц.

16

Однако возник вопрос о сущности и структуре атома. Было

предложено множеств о противоречащих друг другу моделей. Выход

был найден Н. Бором путём синтеза планетарной модели атома

Резерфорда и квантовой гипотезы. Он предположил, что атом может

иметь ряд стационарных состояний при переходе в которые

поглащается или излучается квант энергии. В самом же

стационарном состоянии атом не излучает. Однако теория Бора не

объясняла интенсивности и поляризации излучения. Частично с

этим удалось справиться с помощь принципа соответствия Бора.

Этот принцип сводится к тому, что при описании любой

микроскопической теории необходимо пользоваться терминологией,

применяемой в макромире.

Принцип соответствия сыграл важную роль в исследованиях де

Бройля. Он выяснил, что не только световые волны обладают

дискретной структурой, но и элементарным частоцам материи

присущ волновой характер. На повестку дня встала проблема

создания волновой механики квантовых объектов, которая в 1929

году была решена Э. Шредингером, который вывел волновое

уравнение, носящее его имя.

Н. Бор вскрыл истинный смысл волнового уравнения

Шредингера. Он показал, что это уравнение описывает амплитуду

вероятности нахождения частицы в данной области пространства.

Чуть раньше (1925г.) Гейзенбергом была разработана

квантовая механика. Формальные правила этой теории основаны на

соотношении неопределённостей Гейзенберга: чем больше

неопределённость пространственной координаты, тем меньше

неопределённость значения импульса частицы. Аналогичное

соотношение имеет место для времени и энергии частицы.

Таким образом, в квантовой механике была найдена

принципиальная граница применимости классических физических

представлений к атомным явлениям и процессам.

В квантовой физике была поставлена важная проблема о

необходимости пересмотра пространственных представлений

лапласовского детерминизма классической физики. Они оказались

лишь приближёнными понятиями и основывались на слишком сильных

идеализациях. Квантовая физика потребовала более адекватных

форм упорядоченности событий, в которых учитывалось бы

существование принципиальной неопределённости в состоянии

объекта, наличие черт целостности и индивидуальности в

микромире, что и выражалось в понятии универсального кванта

действия h.

Квантовая механика была положена в основу бурно

17

развивающейся физики элементарных частиц, количество которых

достигает нескольких сотен, но до настоящего времени ещё не

создана корректная обобщающая теория. В физике элементарных

частиц представления о пространстве и времени столкнулись с ещё

большими трудностями. Оказалось, что микромир является

многоуровневой системой, на каждом уровне которой господствуют

специфические виды взаимодействий и специфические свойства

пространственно — временных отношений. Область доступных в

эксперименте микроскопических интервалов условно делится на

четыре уровня: 1) уровень молекулярно — атомных явлений, 2)

уровень релятивистских квантовоэлектродинамических процессов,

3) уровень элементарных частиц, 4) уровень ультрамалых

масштабов, где пространственно — временные отношения

оказываюстя несколько иными, чем в классической физике

макромира. В этой области по-иному следует понимать природу

пустоты — вакуум.

В квантовой электродинамике вакуум является сложной

системой виртуально рождающихся и поглащающихся фотонов,

электронно — позитронных пар и других частиц. На этом уровне

вакуум рассматривают как особый вид материи — как поле в

состоянии с минимально возможной энергией. Квантовая

электродинамика впервые наглядно показала, что пространство и

время нельзя оторвать от материи, что так называемая „пустота“

— это одно из состояний материи.

Квантовая механика была применена к вакууму, и оказалось,

что минимальное состояние энергии не характеризуется нулевой её

плотностью. Минимум её оказался равным уровню осциллятора hv/2.

»Допустив скромные 0.5hv для каждой отдельной волны, — пишет Я.

Зельдович, — мы немедленно с ужасом обнаруживаем, что все волны

вместе дают бесконечную плотность энергии". Эта бесконечная

энергия пустого пространства таит в себе огромные возможности,

которые ещё предстоит освоить физике.

Продвигаясь вглубь материи, учёные перешагнули рубеж 10

см. и начали исследовать физические процессы в области

субатомных пространственно — временных отношений. На этом

уровне структурной организации материи определяющую роль играют

сильные взаимодействия элементарных частиц. Здесь иные

пространственно — временные понятия. Так, специфике микромира

не соответствуют обыденные представления о соотношении части и

целого. Ещё более радикальных изменений пространственно —

временных представлений требует переход к исследованию

процессов, характерных для слабых взаимодействий. Поэтому на

18

повестку дня встаёт вопрос о нарушении пространственной и

временной чётности, т.е. правое и левое пространственные

направления оказываются неэквивалентными.

В этих условиях были предприняты различные попытки

принципиально нового истолкования пространства и времени. Одно

направление связано с изменением представлений о прерывности и

непрерывности пространства и времени, а второе — с гипотезой о

возможной макроскопической природе пространсва и времени.

Рассмотрим более подробно эти направления.

3.2. Прерывность и непрерывность пространства и

времени в физике микромира.

Физика микромира развивается в сложном единстве и

взаимодействии прерывности и непрерывности. Это относится не

только к структуре материи, но и к структуре пространства и

времени.

После создания теории относительности и квантовой механики

учёные попытались объединить эти две фундаментальные теории.

Первым достижением на этом пути явилось релятивистское волновое

уравнение для электрона. Был получен неожиданный вывод о

существовании антипода электрона — частицы с противоположным

электрическим зарядом. В настоящее время известно, что каждой

частице в природе соответствует античастица, это обусловлено

фундаментальными положениями современной теории и связано с

кардинальными свойствами пространства и времени ( чётность

пространства, отражение времени и т.д. ).

Исторически первой квантовой теорией поля была квантовая

электродинамика, включающая в себя описание взамодействий

электронов, позитронов, мюонов и фотонов. Это пока единственная

ветвь теории элементарных частиц, которая достигла высокого

уровня развития и известной завершённости. Она является

локальной теорией, в ней функционируют заимствованные понятия

классической физики, основанные на концепции пространственно —

временной непрерывности: точечность заряда, локальность поля,

точечность взаимодействия и т. д. Наличие этих понятий влечёт

за собой существенные трудности, связанные с бесконечными

значениями некоторых величин ( масса, собственная энергия

электрона, энергия нулевых колебаний поля и т.д. ).

Эти трудности учёные пытались преодалеть путём введения в

теорию понятий о дискретном пространстве и времени. Такой

подход намечает единственный выход из неопределённости

19

бесконечности, т.к. содержит фундаментальную длину — основу

атомистического пространства.

Позже была построена обобщённая квантовая электродинамика,

которая также является локальной теорией, описывающей точечные

взаимодействия точечных частиц, что приводит к существенным

трудностям. Например, наличие электромагнитного и электронно —

позитронного вакуума обуславливает небходимость внутренней

сложности, структурности электрона. Электрон поляризует вакуум,

и флуктуации последнего создают вокруг электрона атмосферу из

виртуальной электронно — позитронной пары. При этом вполне

вероятен процесс аннигиляции исходного электрона с позитроном

пары. Оставшийся электрон можно рассматривать как исходный, но

в другой точке пространства.

Подобная специфика объектов квантовой электродинамики

является веским аргументом в пользу концепции пространственно —

временной дискретности. В её основе лежит идея о том, что масса

и заряд электрона находятся в разных физических полях, отличны

от массы и заряда идеализированного ( изолированного от мира )

электрона. Разность между массами оказывается бесконечной. При

оперировании этими бесконечностями их можно выразить через

физические константы — заряд и массу реального электрона. Это

достигается путём перенормировки теории.

Что касается теории сильных взаимодействий, то там

процедуру перенормировки использовать не удаётся. Всвязи с этим

в физике микромира широкое развитие получило направление,

связанное с пересмотром концепции локальности. Отказ от

точечности взаимодействия микрообъектов может осуществляться

двумя методами. При первом исходят из положения. что понятие

локального взаимодействия лишено смысла. Второй основан на

отрицании понятия точечной координаты пространства — времени,

что приводит к теории квантового пространства — времени.

Протяжённая элементарная частица обладает сложной

динамической структурой. Подобная сложная структура

микрообъектов ставит под сомнение их элементарность. Учёные

столкнулись не только со сменой объекта, к которому прилагается

свойство элементарности, но и с пересмотром самой диалектики

элементарного и сложного в микромире. Элементарные частицы не

элементарны в классическом смысле: они похожи на классические

сложные системы, но они не являются этими системами. В

элементарных частицах сочетаются противоположные свойства

элементарного и сложного.

Отказ от представлений о точечности взаимодействия влечёт

20

за собой изменение наших представлений о структуре пространства

— времени и причинности, которые тесно взаимосвязаны. По мнению

некоторых физиков, в микромире теряют смысл обычные временные

отношения «раньше» и «позже». В области нелокального

взаимодействия события связаны в некий «комок», в котором они

взаимно обуславливают друг друга, но не следуют одно за другим.

Таково принципиальное положение дел, сложившееся в

развитии квантовой теории поля, начиная с работ Гейзенберга и

кончая современными нелокальными и нелинейными теориями, где

нарушение причинности в микромире провозглашается в качестве

принципа и отмечается, что разграничение пространства — времени

на области «малые», где причинность нарушена, и большие, где

она выполнена, невозможно без появления в нелокальной теории

новой константы размерности длины — элементарной длины. С этим

«атомом» пространства связан и элементарный момент времени (

хронон ), и именно в соответствующей им пространственно —

временной области протекает сам процесс взаимодействия частиц.

Теория дискретного пространства — времени продолжает

развиваться. Открытым остаётся вопрос о внутренней структуре

«атомов» пространства и времени. Существует ли пространство и

время в «атомах» пространства и времени? Это одна из версий

гипотезы о возможной макроскопичности пространства и времени,

которая будет рассмотрена ниже.

3.3. Проблема макроскопичности пространства

и времени в микромире.

В современной физике микромира возникла следующая

проблема: речь стала идти не об изменении свойств или структуры

пространства и времени, а об их макроскопической природе, т.е.

о том, что их вообще возможно нет в микромире. Такая постановка

вопроса связана с созданием квантовой механики. Что касается

сфер приложимости гипотезы, то её сторонники разошлись во

мнениях: одни считают, что она имеет отношение лишь к

теоретическому описанию объективной реальности в квантовой

физике, другие расширили её уровня философского положения о

неуниверсальности пространства и времени как форм существования

движущейся материи.

В ньютоновской механике теоретическое и эмпирическое

пространство и время во многом совпадали. С развитием физики

это совпадение нарушается.

В связи с этим возникает вопрос: должна ли эмпирическая

21

структура физической теории выступать обязательно в форме

пространства и времени классической физики? Гейзенберг

следующим образом описывает создавшуюся в физике микромира

ситуацию: «Оказывается, в наших исследованиях атомных процессов

неизбежно существует своеобразное раздвоение. С одной стороны,

вопросы, с которыми мы обращаемся к природе посредством

экспериментов, всегда формулируются в понятиях классической

физики, в особенности в понятиях пространства и времени,

поскольку наш язык приспособлен к передаче только обыденного

нашего окружения и поскольку опыты мы не можем провести иначе,

как только во времени и в пространстве. С другой стороны,

математические выражения, пригодные для изображения

экспериментальных результатов, представляют собой волновые

функции в многомерных конфигурационных пространствах, не

допускающих какой-либо простой наглядной интерпретации».

Из этого положения можно сделать вывод, что пространство и

время классической физики являются эмпирической структурой

квантовой механики.

Так в чём же суть рассматриваемой гипотезы? Эмпирическая

структура физической теории заведомо макроскопична.

Теоретическая структура при описании микромира выступает как

пространство и время. Пространство и время можно использовать

при развитии физических теорий, описывающих другие уровни

строения материи, но это сопряжено с неоправданным усложнением

теории, и поэтому от них отказываются. Речь идёт о

макроскопичности пространства и времени, которые выступают в

качестве теоретических структур физических теорий.

В заключении рассмотрим гипотезу о макроскопической

природе пространства и времени с точки зрения диалектико —

материалистического учения об их универсальности. Речь едёт о

пространстве и времени как категориях современной физики,

которые являются специфическими метрическими структурами

сосуществования данных явлений и смены конкретных состояниий,

что предполагает возможность различия двух соседних точек и

двух последующих моментов. Свойства «соседства» и «следования»

являются конкретными и специфическими свойствами структуры,

которые могут существовать далеко не везде. С этой точки зрения

можно даже говорить о «внепространственных» и «вневременных»

формах существования материи. Однако, можно задать и другой

вопрос: если пространство и время оказываются неуниверсальными,

то какой смысл нужно вкладывать в них сейчас, чтобы они

попрежнему оставались универсальными?

22

С этим вопросом связано возникновение и развитие различных

модификаций гипотезы о макроскопической природе пространства и

времени. Если этой гипотезе пытаются придать философский

статус, то это необоснованно, т.к. она носит сугубо физический

характер и не вступает в противоречие с тезисом диалектическо —

материалистической философии о всеобщности пространства и

времени. Но в рамках физической проблематики эта гипотеза не

означает, что макромир обладает только соответствующей

пространственной природой, т.е. следует учитывать, что макромир

не исчерпывается классическими объектами в классических

пространстве и времени, что неклассический макромир может

потребовать неклассической пространственно — временной

организации.

_______

23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На этом мы завершим анализ статуса пространства и времени

в физическом познании. Связанные с этим проблемы

разрабатываются многими философами и естествоиспытателями. Уже

получены интерересные результаты и ведутся плодотворные поиски.

В последнее время наука пришла к представлению о

диалектической взаимосвязи элементов различных уровней

целостного мира, в котором элементарная частица может оказаться

полузамкнутой Вселенной, а в специфике человека может быть

запечетлена структура Вселенной.

_______

24

ЛИТЕРАТУРА.

1. Аскин Я.Ф. Проблема времени. Её физическое истолкование, М.:

Мысль,-1986.

2. Ахундов М.Д. Пространство и время в физическом познании,

М.: Мысль,-1982.-253 с.

3. Ахундов М. Д. Проблемы прерывности и непрерывности

пространства и времени, М.: Наука,-1974.-256 с.

4. Ахундов М.Д. Концепции пространства и времени: истоки,

эволюция, перспективы, М.: Наука,-1982.-222 с.

5. Осипов А.И. Пространство и время как категории мировоззрения

и регуляторы практической деятельности, Минск: Наука и

техника,-1989.-220 с.

6. Потёмкин В.К., Симанов А.Л. Пространство в структуре мира,

Новосибирск: Наука,-1990.-176 с.

7. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том I.

Работы по теории относительности 1905-1920, М.: Наука,-1965.-

700с.

www.ronl.ru

Время и его изучение в физике

Реферат

"Время и его изучение в физике"

Введение

Если современному человеку задать вопрос о том, как течет время, то большинство людей уподобит это понятие некой реке, текущей только вперед, из прошлого в будущее. Но, например, древние греки полагали, что время не является бесконечной прямой, а соединяет конец с началом. Взаимодействие бесконечных пространства и времени, оказывается, делает их не бесконечными, поскольку есть определенный предел. А когда известному в древности любителю парадоксов Зенону Элейскому задали вопрос о том, как, по его мнению, движется время: по кругу или по прямой, прозвучал интересный ответ: «Никак, поскольку никакого движения нет».

Конечно, древние во многом ошибались. Но и сейчас современная наука вряд ли точно сможет ответить на все вопросы о времени, ключевой из которых «что такое время?». Но все же современная наука знает о сущности времени немало. Более того, даже известны некоторые виды «машин времени», издавна существующие в природе.

Как же они работают? Что же все-таки такое время? Как оно движется? Существует ли обратимость времени? Возможны ли путешествия во времени? Каково время во Вселенной? Обо всем этом и пойдет речь ниже.

Понятие времени и его измерение

Прежде всего, отметим, что время – понятие физическое, а потому тесно связано с конкретными законами физики. Например, согласно законам физики, период вращения Земли должен оставаться постоянным. Этот факт позволяет определить единицу измерения времени, называемую солнечными сутками. Или, например, законы физики утверждают, что период колебания кварцевой пластинки в генераторе с кварцевой стабилизацией тоже можно применять для измерения времени, причем очень точно. Можно добиться еще более точного подсчета времени, если использовать частоты колебаний электронов в атомах. Наиболее точными считаются атомные часы, основанные на частоте излучения атомов цезия-133.

В настоящее время используются три основные системы измерения времени. В основе каждой из них лежит конкретный физический периодический процесс: 1).вращение Земли вокруг своей оси, 2).обращение Земли вокруг Солнца и 3).излучение (или поглощение) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ (например, того же цезия) при определенных условиях.

Чаще всего, в повседневной практике используют такую единицу измерения, как «среднее солнечное время», основой которой являются «средние солнечные сутки», которые, в свою очередь, делятся следующим образом: 1 средние солнечные сутки = 24 средним солнечным часам[1], 1 средний солнечный час = 60 средним солнечным минутам, 1 средняя солнечная минута = 60 средним солнечным секундам. Одни средние солнечные сутки содержат 86 400 средних солнечных секунд.

В то же время отметим, что основывая понятие времени на физических законах, мы не можем быть точно уверены в их абсолютной правильности.

Взгляды ученых на понятие времени

Время является одним из понятий, которое повсеместно применяется в физике. Развитие взгляда на понятие времени связано с именами нескольких известных ученых: Галилей, Ньютон и Эйнштейн. Начнем с Галилея.

Глубокие размышления о движении тел в природе привели его к принципу относительности, где все зависит от точки отсчета. Например, путешественник, находящийся в каюте плывущего корабля, может точно сказать, что книга на его столе в каюте находится в состоянии покоя. Но в то же время человек на берегу видит, что корабль плывет, а потому книга внутри корабля также совершает движение вместе с кораблем. Галилею удалось выявить силу инерции, которая объединяет тела в абсолютном и относительном покое. Эта сила не проявляет себя, пока тело находится в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении. Но стоит чуть притормозить его, как начинает проявляться ускорение, а тело по инерции стремится восстановить утраченный покой.

С этой отправной точки отправился дальше Ньютон, родившийся в год смерти Галилея. Ньютон установил, что существует связь между силой и ускорением, но чтобы сделать эту связь полностью определенной пришлось ввести понятие массы тела. Тогда появился второй закон Ньютона, выражаемый формулой F=ma. Первым законом был закон инерции[2], а третий – сила действия равна силе противодействия. Из этих законов и появилась классическая механика Ньютона. Но чтобы знать скорости и ускорения в этой механике, надо было знать время, в течение которого они действовали. Механика не может существовать без времени, как геометрия без пространства.

Измерять времени было бы хорошо идеально точными часами, ход которых не зависел бы от какого либо движения, а потому нельзя определить, находятся они в покое или движутся. Такие часы принято называть инерциальными. Они смогли бы показывать некое абсолютное время, одинаковое для всей Вселенной.

Основываясь на трудах Ньютона и Галилея, А. Эйнштейн принялся исследовать Вселенную по своему разумению. Эйнштейн задавался вопросами, течет ли время одинаково везде и кто это контролирует. Ответ помогла дать созданная им теория относительности, ядром которой стала аксиома о там, что в пустоте скорость света одинакова во всех ИСО. В вакууме же, рассуждал Эйнштейн, скорость света абсолютна, а значит, равна 300 000 км/с [3]. Кроме того, скорость света является предельно возможной скоростью в природе.

Из логических построений Эйнштейна последовали практические расчеты зависимости течения времени от скорости движения. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения объекта к скорости света. Отсюда вытекает знаменитый парадокс близнецов.

Этот парадокс выглядит так. Представим себе двух братьев-близнецов. Если один из близнецов отправится в возрасте, например, 20 лет в космическое путешествие к какой-либо звезде со скоростью света, то, пролетев, скажем, туда и обратно за 40 световых лет, он вернется через примерно 11 лет по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет примерно 80 лет! Поэтому тот из братьев, который отправился в путешествие к звезде окажется моложе своего брата почти на 80 лет! Почему, спросите вы? В этом и заключается одна из загадок времени.

Расстояние в космосе не случайно измеряется в световых годах. Световой год – это путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Исходя из этого, можно точно сказать, что глядя на звезды в ночное небо мы видим их не такими, какие ни есть в настоящий момент, а такими, какими они были 40 и более световых лет назад[4].

Четырехмерное пространство и время Вселенной

Оказывается, математикам удобно пользоваться понятием четырехмерного пространства, где помимо длины, ширины и высоты присутствует еще одно направление – время. Да и мы сами зачастую прибегаем к этому четвертому направлению в повседневной практике. Например, когда пешеход переходит дорогу, а мимо него по ней проезжает автомобиль, то три из четырех координат пространства совпадают, когда автомобиль, а затем человек (или наоборот) проходят через одну и ту же точку. Не совпадает лишь четвертая координата – время, поскольку кто-то из них - либо автомобиль, либо пешеход – должны перейти раньше через это место. Отсюда следует интересный вывод: классическая физика «объединяет» пространство и время при помощи движения.

Есть и другой интересный вывод, исходящий из теории относительности Эйнштейна и знаний о скорости света. Как уже сказано выше, звезды мы можем видеть не такими, какие они есть в данный момент. Свет распространяется не сразу, а за определенный, пусть и ничтожно малый промежуток времени, и потому воспринимается человеческим глазом тоже не сразу. Свет от лампы распространяется за сотую долю секунды, свет от солнца доходит до нас за восемь минут и т.д. А ведь именно с помощью света мы можем видеть окружающий нас мир. Выходит, мы видим только то, что уже произошло, поскольку пока световые лучи донесут до глаза какую-то информацию, пройдет определенное время. Стало быть, мы живем в прошлом. А раз мы видим прошлое, то время как одна из координат пространства может быть отрицательной. По сути, мы живем в прошлом.

А каково же тогда время во Вселенной? И есть ли там вообще время?

Долгое время считалось, что Вселенная статична и неизменна, а все тела в ней находятся в состоянии покоя.

Из созданной теории относительности Эйнштейн составил свою модель Вселенной. Одним из постулатов в его модели был постулат о том, что Вселенная однородна и пребывает в неизменном состоянии. Если, например, где-то погасла звезда, то на смену ей в другом месте появляется новая. Это также соответствовало классической механике Ньютона – Галилея.

Оказалось, однако, что это не так. Вселенная не статична, а наоборот, динамична. Вещество Вселенной, как показали формулы и математические выкладки Фридмана[5], должно либо расширяться, либо сжиматься. Кроме того, не может Вселенная быть статичной и потому, что на все тела во Вселенной действует сила небесного тяготения, ничем не уравновешиваемая[6], а потому тела во Вселенной находятся в состоянии движения: планеты, звезды, галактики и т.д. Значит, это движение можно измерять с помощью четырех мерной системы координат.

Таким образом, время во Вселенной есть, но движется оно неспешно. Проходят миллиарды и миллионы лет, пока становятся видны какие-то изменения. Но если Вселенная имеет тенденцию к расширению (ведь давно установлено, что галактики в космосе отдаляются друг от друга), то где-то в далеком прошлом был момент, когда вся Вселенная была сжата в одну точку (это состояние называется «комической сингулярностью»). Момент начала расширения Вселенной и есть начало отсчета времени в ней. Есть ли предел этого расширения? Ответ на этот вопрос мы вряд ли когда-нибудь узнаем. Хотя существует предположение, что время само по себе циклично, а значит все события повторяются. Поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент Вселенная начнет сжиматься в точку. Что при этом произойдет с Землей и с человечеством на ней, не знает никто.

Черные дыры и время. Обратимость

Представим себе такую картину. В яблоке поселился червяк. Вместо того чтобы перемещаться из одной точки в другую по поверхности яблока, он просто прогрызает ходы внутри него, делая более короткий путь. Оказывается, подобные туннели существуют во Вселенной.

Суть теории относительности Эйнштейна здесь заключается в том, что пространство не плоское, а изогнутое и деформированное под воздействием массы и энергии. Иначе говоря, наше пространство загибается в четвертое измерение. Пространство и время в нашем понимании теряют свой привычный вид. Появляется понятие искривленности пространства и времени[7].

В то же время возникает возможность соединить две точки, которые не имеют собой пространственно-временной связи. Суть же «туннеля», который может соединить их, заключается в возможности сокращения себе пути.

Существование таких «туннелей» было предсказано теоретиками еще в 1916 году, а в конце 50-х. гг. физик Джон Уиллер впервые ясно обрисовал, что такие «мосты» могут быть найдены в тех районах Вселенной, где пространство сильно изогнуто. Такие туннели получили название «черные дыры».

Возможна ли их транспортная функция? Трудно дать однозначный ответ на этот вопрос. Во-первых, неизвестно, будет ли ощущать сопротивление внутри дыры предмет, попавший в нее. Во-вторых, неясно, куда этот туннель может привести. Нам также не известна природа этих дыр. Не известен механизм их образование и не известно, пожалуй, главное: какая сила действует внутри дыры, если она затягивает в себя даже свет?

Черные дыры предоставляют возможность путешествия во времени. Но здесь возникают две сложности. Первая: чтобы попасть в прошлое, придется предварительно двигать черную дыру с околосветовой скоростью в течение примерно 100 лет. И вторая сложность – это нарушение причинно-следственной цепи. Никто не знает, что произойдет, если следствие повлияет на причину…

Есть предположение, что процесс поглощения вещества черными дырами может прекратиться. То, что нам известно о строении Вселенной сегодня, позволяет считать, что энергия не уходит безвозвратно. Если черные дыры перестанут поглощать вещество, то, очевидно, будет происходить обратный процесс – выход энергии и вещества наружу. Может возникнуть и такое невообразимое в физике явление, как отрицательная масса. Возможно, что и время тогда пойдет назад, поскольку оно тоже станет отрицательным.

Однако наша повседневная жизнь свидетельствует о том, что никакие события не обладают обратимостью. Но почему же тогда обратимы законы движения? Вопрос непростой. Поэтому о нем говорят не иначе, как о парадоксе обратимости.

Но в то же время хаотичное броуновское движение молекул вещества, как и любое движение, вполне обратимо. Поэтому также вполне вероятно, что, например, разделение газов, смешанных из двух сосудов в одном, тоже может быть возможно, т.е. процесс смешивания газов обратим. Если имеется хаотичное движение молекул вещества, то, значит, имеется обратимость всего их сообщества. Поэтому возможна обратимость различных процессов. Значит, «черную дыру», как и свет, также можно считать природной «машиной времени».

Возможно ли путешествовать во времени?

Выше мы уже говорили о том, что своеобразной «машиной времени» является телескоп, через который мы смотрим на звезды. А можно ли реально перемещаться во времени в будущее или прошлое? Для ответа на этот вопрос понадобится разобраться с некоторыми природными частицами.

Всем известно, что свет состоит из фотонов. Причем в одних случаях фотон – это материальная частица, а в других – электромагнитная волна. Но вообще говоря, эти понятия о свете как частице или электромагнитной волне введены для удобства расчетов. На самом деле положение света здесь до сих пор спорно. А как быть с гравитацией и временем?

Существует предположение, что существуют гравитационные волны – волнообразные колебания пространства-времени, которые придают времени искривленность и которые распространяются в четырехмерном пространстве также, как распространяется в воздухе звук. При этом гравитационные и электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью – 300 000 км/с.

Однако зарегистрировать гравитационные волны пока не удалось. Есть пока только предположения, что гравитационные волны могут вполне вести себя как потоки частиц. Поэтому гравитационные волны могут быть родственны электромагнитным колебаниям.

Далее нам следовало бы искать кванты (частицы) времени. Но мы не можем ни подтвердить, ни опровергнуть их наличие. Опираясь на опыт физики, можно лишь сказать, что нет никакого времени, существующего само по себе. Оно всегда связано с каким-либо явлением.

Для того чтобы говорить о возможности путешествий во времени, необходимы эксперименты. Причем поставить такой эксперимент мы пока тоже не можем. Дело в том, что для проведения подобного эксперимента каждая из микрочастиц должна обладать энергией примерно в 109 джоулей! А все земные ускорители могут обеспечить лишь одну миллиардную долю этой энергии. Впрочем, если мы не можем провести эксперимент на Земле, то надо искать условия для его проведения во Вселенной. Многие исследователи здесь предлагают обратить пристальное внимание на вакуум – космическую пустоту[8], окружающую тела в космосе. Поняв механизм превращений, происходящих внутри вакуума, мы, возможно, в отдаленной перспективе сумеем путешествовать во времени.

Заключение

Любой человек наверняка прекрасно знает, что такое время, пока не думает о нем. Но стоит задуматься, и сразу же перестаешь понимать, что время из себя представляет. Но это вовсе не означает, что не надо думать о нем. Совсем наоборот! Именно на этом пути и лежит возможность создания фантастических машин времени.

Нам еще очень многое предстоит понять в сущности окружающего нас мира, в том числе такой странной и загадочной на сегодняшний        день единицы, как время. И в этом нам всегда будут помогать знания и опыт предыдущих поколений и, конечно же, наука. Поэтому, двигаясь каждую минуту вперед, мы будем углубляться в суть времени все глубже.

время черный дыра четырехмерный

Список использованной литературы

1. Чернин А.Д. Физика времени. – М.: Наука, 1987.

www.neuch.ru

Время и его изучение в физике

Если современному человеку задать вопрос о том, как течет время, то большинство людей уподобит это понятие некой реке, текущей только вперед, из прошлого в будущее. Но, например, древние греки полагали, что время не является бесконечной прямой, а соединяет конец с началом. Взаимодействие бесконечных пространства и времени, оказывается, делает их не бесконечными, поскольку есть определенный предел. А когда известному в древности любителю парадоксов Зенону Элейскому задали вопрос о том, как, по его мнению, движется время: по кругу или по прямой, прозвучал интересный ответ: «Никак, поскольку никакого движения нет».

Конечно, древние во многом ошибались. Но и сейчас современная наука вряд ли точно сможет ответить на все вопросы о времени, ключевой из которых «что такое время?». Но все же современная наука знает о сущности времени немало. Более того, даже известны некоторые виды «машин времени», издавна существующие в природе.

Как же они работают? Что же все-таки такое время? Как оно движется? Существует ли обратимость времени? Возможны ли путешествия во времени? Каково время во Вселенной? Обо всем этом и пойдет речь ниже.

Понятие времени и его измерение

Прежде всего, отметим, что время – понятие физическое, а потому тесно связано с конкретными законами физики. Например, согласно законам физики, период вращения Земли должен оставаться постоянным. Этот факт позволяет определить единицу измерения времени, называемую солнечными сутками. Или, например, законы физики утверждают, что период колебания кварцевой пластинки в генераторе с кварцевой стабилизацией тоже можно применять для измерения времени, причем очень точно. Можно добиться еще более точного подсчета времени, если использовать частоты колебаний электронов в атомах. Наиболее точными считаются атомные часы, основанные на частоте излучения атомов цезия-133.

В настоящее время используются три основные системы измерения времени. В основе каждой из них лежит конкретный физический периодический процесс: 1).вращение Земли вокруг своей оси, 2).обращение Земли вокруг Солнца и 3).излучение (или поглощение) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ (например, того же цезия) при определенных условиях.

Возможно вы искали - Курсовая работа: Расчет электрической сети электромонтажного цеха

Чаще всего, в повседневной практике используют такую единицу измерения, как «среднее солнечное время», основой которой являются «средние солнечные сутки», которые, в свою очередь, делятся следующим образом: 1 средние солнечные сутки = 24 средним солнечным часам[1] , 1 средний солнечный час = 60 средним солнечным минутам, 1 средняя солнечная минута = 60 средним солнечным секундам. Одни средние солнечные сутки содержат 86 400 средних солнечных секунд.

В то же время отметим, что основывая понятие времени на физических законах, мы не можем быть точно уверены в их абсолютной правильности.

Взгляды ученых на понятие времени

Время является одним из понятий, которое повсеместно применяется в физике. Развитие взгляда на понятие времени связано с именами нескольких известных ученых: Галилей, Ньютон и Эйнштейн. Начнем с Галилея.

Глубокие размышления о движении тел в природе привели его к принципу относительности, где все зависит от точки отсчета. Например, путешественник, находящийся в каюте плывущего корабля, может точно сказать, что книга на его столе в каюте находится в состоянии покоя. Но в то же время человек на берегу видит, что корабль плывет, а потому книга внутри корабля также совершает движение вместе с кораблем. Галилею удалось выявить силу инерции, которая объединяет тела в абсолютном и относительном покое. Эта сила не проявляет себя, пока тело находится в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении. Но стоит чуть притормозить его, как начинает проявляться ускорение, а тело по инерции стремится восстановить утраченный покой.

С этой отправной точки отправился дальше Ньютон, родившийся в год смерти Галилея. Ньютон установил, что существует связь между силой и ускорением, но чтобы сделать эту связь полностью определенной пришлось ввести понятие массы тела. Тогда появился второй закон Ньютона, выражаемый формулой F=ma. Первым законом был закон инерции[2] , а третий – сила действия равна силе противодействия. Из этих законов и появилась классическая механика Ньютона. Но чтобы знать скорости и ускорения в этой механике, надо было знать время, в течение которого они действовали. Механика не может существовать без времени, как геометрия без пространства.

Похожий материал - Курсовая работа: ГРЭС-2200МВт

Измерять времени было бы хорошо идеально точными часами, ход которых не зависел бы от какого либо движения, а потому нельзя определить, находятся они в покое или движутся. Такие часы принято называть инерциальными. Они смогли бы показывать некое абсолютное время, одинаковое для всей Вселенной.

Основываясь на трудах Ньютона и Галилея, А. Эйнштейн принялся исследовать Вселенную по своему разумению. Эйнштейн задавался вопросами, течет ли время одинаково везде и кто это контролирует. Ответ помогла дать созданная им теория относительности, ядром которой стала аксиома о там, что в пустоте скорость света одинакова во всех ИСО. В вакууме же, рассуждал Эйнштейн, скорость света абсолютна, а значит, равна 300 000 км/с [3] . Кроме того, скорость света является предельно возможной скоростью в природе.

Из логических построений Эйнштейна последовали практические расчеты зависимости течения времени от скорости движения. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения объекта к скорости света. Отсюда вытекает знаменитый парадокс близнецов.

Этот парадокс выглядит так. Представим себе двух братьев-близнецов. Если один из близнецов отправится в возрасте, например, 20 лет в космическое путешествие к какой-либо звезде со скоростью света, то, пролетев, скажем, туда и обратно за 40 световых лет, он вернется через примерно 11 лет по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет примерно 80 лет! Поэтому тот из братьев, который отправился в путешествие к звезде окажется моложе своего брата почти на 80 лет! Почему, спросите вы? В этом и заключается одна из загадок времени.

Расстояние в космосе не случайно измеряется в световых годах. Световой год – это путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Исходя из этого, можно точно сказать, что глядя на звезды в ночное небо мы видим их не такими, какие ни есть в настоящий момент, а такими, какими они были 40 и более световых лет назад[4] .

Четырехмерное пространство и время Вселенной

Очень интересно - Контрольная работа: Растекание тока в земле при замыкании

Оказывается, математикам удобно пользоваться понятием четырехмерного пространства, где помимо длины, ширины и высоты присутствует еще одно направление – время. Да и мы сами зачастую прибегаем к этому четвертому направлению в повседневной практике. Например, когда пешеход переходит дорогу, а мимо него по ней проезжает автомобиль, то три из четырех координат пространства совпадают, когда автомобиль, а затем человек (или наоборот) проходят через одну и ту же точку. Не совпадает лишь четвертая координата – время, поскольку кто-то из них - либо автомобиль, либо пешеход – должны перейти раньше через это место. Отсюда следует интересный вывод: классическая физика «объединяет» пространство и время при помощи движения.

Есть и другой интересный вывод, исходящий из теории относительности Эйнштейна и знаний о скорости света. Как уже сказано выше, звезды мы можем видеть не такими, какие они есть в данный момент. Свет распространяется не сразу, а за определенный, пусть и ничтожно малый промежуток времени, и потому воспринимается человеческим глазом тоже не сразу. Свет от лампы распространяется за сотую долю секунды, свет от солнца доходит до нас за восемь минут и т.д. А ведь именно с помощью света мы можем видеть окружающий нас мир. Выходит, мы видим только то, что уже произошло, поскольку пока световые лучи донесут до глаза какую-то информацию, пройдет определенное время. Стало быть, мы живем в прошлом. А раз мы видим прошлое, то время как одна из координат пространства может быть отрицательной. По сути, мы живем в прошлом.

А каково же тогда время во Вселенной? И есть ли там вообще время?

Долгое время считалось, что Вселенная статична и неизменна, а все тела в ней находятся в состоянии покоя.

Из созданной теории относительности Эйнштейн составил свою модель Вселенной. Одним из постулатов в его модели был постулат о том, что Вселенная однородна и пребывает в неизменном состоянии. Если, например, где-то погасла звезда, то на смену ей в другом месте появляется новая. Это также соответствовало классической механике Ньютона – Галилея.

Вам будет интересно - Контрольная работа: Гидравлический расчет конденсатной системы трубопровода

Оказалось, однако, что это не так. Вселенная не статична, а наоборот, динамична. Вещество Вселенной, как показали формулы и математические выкладки Фридмана[5] , должно либо расширяться, либо сжиматься. Кроме того, не может Вселенная быть статичной и потому, что на все тела во Вселенной действует сила небесного тяготения, ничем не уравновешиваемая[6] , а потому тела во Вселенной находятся в состоянии движения: планеты, звезды, галактики и т.д. Значит, это движение можно измерять с помощью четырех мерной системы координат.

Таким образом, время во Вселенной есть, но движется оно неспешно. Проходят миллиарды и миллионы лет, пока становятся видны какие-то изменения. Но если Вселенная имеет тенденцию к расширению (ведь давно установлено, что галактики в космосе отдаляются друг от друга), то где-то в далеком прошлом был момент, когда вся Вселенная была сжата в одну точку (это состояние называется «комической сингулярностью»). Момент начала расширения Вселенной и есть начало отсчета времени в ней. Есть ли предел этого расширения? Ответ на этот вопрос мы вряд ли когда-нибудь узнаем. Хотя существует предположение, что время само по себе циклично, а значит все события повторяются. Поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент Вселенная начнет сжиматься в точку. Что при этом произойдет с Землей и с человечеством на ней, не знает никто.

Черные дыры и время. Обратимость

Представим себе такую картину. В яблоке поселился червяк. Вместо того чтобы перемещаться из одной точки в другую по поверхности яблока, он просто прогрызает ходы внутри него, делая более короткий путь. Оказывается, подобные туннели существуют во Вселенной.

Суть теории относительности Эйнштейна здесь заключается в том, что пространство не плоское, а изогнутое и деформированное под воздействием массы и энергии. Иначе говоря, наше пространство загибается в четвертое измерение. Пространство и время в нашем понимании теряют свой привычный вид. Появляется понятие искривленности пространства и времени[7] .

В то же время возникает возможность соединить две точки, которые не имеют собой пространственно-временной связи. Суть же «туннеля», который может соединить их, заключается в возможности сокращения себе пути.

Похожий материал - Реферат: Гидростатика: понятие и сущность

Существование таких «туннелей» было предсказано теоретиками еще в 1916 году, а в конце 50-х. гг. физик Джон Уиллер впервые ясно обрисовал, что такие «мосты» могут быть найдены в тех районах Вселенной, где пространство сильно изогнуто. Такие туннели получили название «черные дыры».

Возможна ли их транспортная функция? Трудно дать однозначный ответ на этот вопрос. Во-первых, неизвестно, будет ли ощущать сопротивление внутри дыры предмет, попавший в нее. Во-вторых, неясно, куда этот туннель может привести. Нам также не известна природа этих дыр. Не известен механизм их образование и не известно, пожалуй, главное: какая сила действует внутри дыры, если она затягивает в себя даже свет?

Черные дыры предоставляют возможность путешествия во времени. Но здесь возникают две сложности. Первая: чтобы попасть в прошлое, придется предварительно двигать черную дыру с околосветовой скоростью в течение примерно 100 лет. И вторая сложность – это нарушение причинно-следственной цепи. Никто не знает, что произойдет, если следствие повлияет на причину…

Есть предположение, что процесс поглощения вещества черными дырами может прекратиться. То, что нам известно о строении Вселенной сегодня, позволяет считать, что энергия не уходит безвозвратно. Если черные дыры перестанут поглощать вещество, то, очевидно, будет происходить обратный процесс – выход энергии и вещества наружу. Может возникнуть и такое невообразимое в физике явление, как отрицательная масса. Возможно, что и время тогда пойдет назад, поскольку оно тоже станет отрицательным.

cwetochki.ru

Курсовая работа - Можно ли остановить время

Работа на тему:

«Можно ли остановить время?»

2003г.

План

Введение.

Время-объект физического исследования. Время и движение, машина времени. Время и тяготение. Черные дыры: время остановилось.

Заключение.

Список используемой литературы.

Введение

Сущностное свойство времени — творить себя и не быть, никогда не быть вполне конституированным.

Мерло-Понти М., «Феноменология восприятия».

Как ни странно, перед аналитиком, занимающимся проблемой времени существенной задачей является уяснение смысла этого столь знакомого понятия. Парадокс и первая сложность состоит в том, что категория времени принадлежит к фундаментальным, т. е. неопределяемым категориям, и употребляют его обычно так, как будто оно имеет очевидный смысл.

В действительности давно (по меньшей мере с Августина) было осознано, что само понятие времени весьма проблематично, и содержательный разговор, судя по всему, возможен только тогда, когда исследователь все же определит значение этого привычного слова, задаст для себя как бы «систему аксиом», в рамках которой ему придется работать.

Итак — первый и старый как мир вопрос: " что есть Время? ". Литература, посвященная этой проблеме необъятна: начиная с трудов Платона, Аристотеля, Плотина и других неоплатоников, или, скажем, с древнеиндийских («Мокша-дхарма») или древнекитайских («И-цзин») трактатов, через новаторские, уже почти феноменологические по духу и методу размышления Августина в XI книге «Confessionum » вплоть до исследований о природе времени у Канта, Гуссерля, Хайдеггера, Сартра, Мерло-Понти, Бахтина, на другом полюсе — Вернадского, основоположника хронософии Д. Т. Фрейзера, трудов И. Пригожина.

Так как мы выбрали редко применяемую в России феноменологическую парадигму, как наиболее гибкую и удобную для целей нашего описания, заметим следующее: понятия Гуссерля и его школы, такие как интенциональность (понимаемая нами как творческая направленность, устремленность сознания на свой предмет), интерсубъективность (характеристика коммуникативной, культурной основы индивидуальных интенциональных актов), конституирование (творческая формообразующая активность сознания в его интенциональной и интерсубъективной форме), а также особое внимание, унаследованное всей гуссерлианской традицией, к проблеме времени, будут использованы нами для описания живой структуры музыкального предмета так, как он дается в креативном, исполнительском прочтении нотного текста.

По сути, предложенные рассуждения носят одновременно феноменологический и герменевтический характер. Они связаны как с чисто феноменологической проблемой усмотрения, интуиции процессуальных структур музыки и их аналитического описания, так и с проблемой понимания, интерпретации, истолкования, а, следовательно, и исполнения музыкального текста. При этом, отталкиваясь, скажем, от таких работ как «Исследования по эстетике» Р. Ингардена и «Музыка как предмет логики» А. Лосева, мы попытаемся применить феноменологический метод не столько как философско-эстетический, сколько как аналитически-прикладной. Этот методологический ход представляется нам наиболее редким в феноменологической литературе. Не так часто втречаются ситуации, где принципы феноменологии могут быть применены на конкретном материале конкретной предметной области.

Представления о природе Времени и о смысле самого этого понятия менялись от эпохи к эпохе и от автора к автору. Все это множество представлений и мнений поддается той или иной классификации. Выделим среди множества классификаций одну, как нам представляется, самую для нас существенную и при этом достаточно общую. На протяжении человеческой истории время понималось а) количественно, или в) качественно.

Количественная (квантитативная) концепция связана со счетом и измерением времени, начиная с древних календарей и кончая параметрическими представлениями в математическом аппарате современной науки. Это статический (он же метрический в узком смысле) аспект временных представлений.

Качественная (квалитативная) концепция представляет собой нечто гораздо более сложное и менее знакомое для привыкшего к «тик-так» времени (выражение Д. Дьюи) европейского человека, что позволило И. Пригожину назвать эту группу представлений «забытым измерением».

Если пытаться обобщить, то основной вывод, к которому приходит качественная, динамическая концепция времени заключается в том, что, в принципе, каждый процесс может быть понят как определенное время и любое время как некий определенный процесс. Развитие этой идеи предполагает вывод: так называемое «реальное», «онтологическое» время нельзя отождествить ни с чистой универсальной длительностью, ни с ходом часов, как это привычно нам со школьной скамьи. Время с качественно-динамической точки зрения, по существу, есть синоним становления как такового. Гераклитовское «все течет» («panta rei», последний корень, как известно, лег в основу слова «ритм»), вполне заменимо на гуссерлианское «все временится». Универсум с этой точки зрения — это «временящаяся структура». Эквивалентное этому утверждение: время и процесс, в сущности, синонимичны.

Время-объект физического исследования.

Время делят на годы, месяцы, недели, сутки, часы, секунды. Историки отсчитывают время столетиями, геологи — миллионами лет. Но лишь три единицы времени связаны с небесными явлениями, это — год, месяц, сутки. Для живых существ, обитающих на Земле, особенно важна смена дня и ночи. Уже пещерный человек знал, что от восхода до захода Солнца либо между двумя моментами стояния Солнца в зените проходит примерно одинаковое время, и называли его «сутками». Еще в древности наши предки заметили, что Луна не каждую ночь выглядит одинаково и что она время от времени вовсе исчезает с неба. Иногда она превращается в тонкий серп, а потом снова становится круглой, Между двумя такими полнолуниями проходит около 30 дней. Это обстоятельство также было известно в течение многих тысячелетий и послужило основой для введения еще одной важной, связанной с природными явлениями единицы времени — месяца. Очень скоро люди поняли, что примерно через каждые 365 дней повторяются жизненно важные явления природы, такие, как таяние снегов на севере или разлив Нила в Египте, и что эти процессы связаны с регулярным самым низким или самым высоким стоянием Солнца. Всегда одинаковое время — год — проходило от начала одной весны до начала другой. Однако еще многие тысячелетия люди еще плохо представляли себе, что действительно происходит на небе каждый год, месяц или каждый день.

Раньше люди предполагали, что Солнце за сутки оборачивается вокруг Земли. Многие верили в бога Солнца, который ранним утром появляется на востоке, проезжает на своей колеснице по небу, а вечером, устав, исчезает на западе. На самом же деле Солнце вовсе не восходит и не заходит. День и ночь — результат вращения Земли. Земля за 24 часа поворачивается вокруг самой себя, точнее, вокруг своей оси — условной линии между Северным и Южным полюсами. По этому любая страна обязательно оказывается то на солнечной, то на ночной стороне планеты. Утром вместе с землёй мы поворачиваемся на встречу Солнцу, пока оно не появится на восточном горизонте. Тут-то мы и говорим: «Солнце взошло». Вечером движение Земли поворачивает нас прочь от Солнца, пока оно не «зайдёт». Период от одного восхода Солнца до другого мы называем «сутками», которые состоят из светлого дня и тёмной ночи. Но не редко говоря «день», мы имеем ввиду сутки, хотя это и не совсем точно. На пример, узнав, что «прошло два дня», вы не знаете наверняка, прошло ли двое полных суток или только два дневных и одно ночное время. По этому там, где требуется точность, никогда слово «сутки» не заменяют словом «день».

Земля не только вращается вокруг своей оси, она обращается также по большой эллиптической орбите вокруг Солнца. Время, необходимое Земле, чтобы совершить этот оборот, называют годом. Год длится 365 1/4 дня. Скорость обращения Земли по орбите составляет почти 30 км. в секунду, это более 100 000 километров в час. Диаметр ее орбиты — 300 млн. км. Другими словами, наш «космический корабль» Земля в год пробегает почти 1 млрд. км. Нам же кажется, что Солнце в течение года перемещается на небе по кругу, проходящему через 12 созвездий. 1 января, например, оно в созвездии Стрельца, которое ночью нельзя увидеть, потому что все его звезды расположены на небе рядом с Солнцем. Если говорить точно, то полное обращение Земли вокруг Солнца занимает 365,2564 среднего дня. Этот отрезок времени — сидерический, или звездный, год. Время от одного начала весны до другого по астрономическим причинам устанавливают чуть более коротким (на 20 мин. 24 сек.), его называют тропическим годом, и календарь должен точно соответствовать тропическому году.

Земная ось расположена не вертикально относительно земной орбиты, она несколько наклонена. Это и служит причиной перемены времени года. Летом Северное полушарие обращено к Солнцу, поэтому у нас много света, длинные дни, тепло; в полдень Солнце высоко стоит на небе. Зато зимой нам не везет: Северное полушарие отвернулось от Солнца, дни в это время короткие, температуры низкие. Когда у нам на севере зима, в южной части земного шара лето. Дети Южной Америки и Австралии в рождественские каникулы ходят на пляж. Выше всего Солнце стоит на небе в день летнего солнцестояния — 21 и 22 июня, однако самые теплые месяцы — июль и август, потому что океаны, воздух и земля прогреваются медленно, и самые высокие температуры отмечаются уже после того, как Солнце прошло верхнюю точку.

Наша Земля не одинока, вокруг нее кружится Луна. Давным-давно люди заметили, что этот спутник Земли каждый день появляется на другом участке неба и меняет свою форму. Если позади Луны сияет Солнце, то она не видна. Это — новолуние. Если же Луна противостоит Солнцу, то обращенная к нам ее половина освещена целиком. Такое положение называют полной Луной. Время между двумя новолуниями или двумя полнолуниями составляет почти 29 с половиной дней и называется синодическим месяцем. Этот древний месяц продолжает играть свою роль еще во многих календарях, от него пошли наши месяцы, длина которых, правда, может составлять 28, 29, 30 или 31 день, чтобы можно было поделить год на части. Точная длина синодического месяца составляет 29,530589 дня.

На небе не происходит каких-либо заметных событий, которые повторялись бы каждые 7 дней. В то же время можно отметить, что между первым появлением Луны, после новолуния, и первой четвертью прибывающей Луны проходит ровно 7 дней. То же касается и времени между четвертью и полной Луной. От полной Луны до последней четверти так же проходит ровно неделя. Еще 7 дней проходит от момента последней четверти Луны до ее полного исчезновения (новолуния). Некоторые ученые полагают, что именно эти явления способствовали введению такого понятия, как неделя. Однако вероятнее, что 7 дней недели связаны с названиями семи «планет», которые были известны древним. К небесным телам, или планетам, тогда причисляли и Солнце, и Луну вместе с истинными планетами (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). Таким образом, были известны 7 «планет», именами которых называли 7 дней, объединенных в более крупную единицу времени — неделю. Недаром название дней недель связаны с именами планет в разных языках. Например, «зонтаг» — солнечный день (воскресенье) и «монтаг» — лунный день (понедельник) в немецком языке, «марди» — день Марса (вторник) во французском, и далее там же «меркрёди», «жёди» и «вандрёди» (день Меркурия, день Юпитера, день Венеры). Английское слово «сатёрди» — суббота — связано с именем Сатурна. В английском и немецком языках на место римских богов приходят германские: вместо Юпитера бог Донар («доннерстаг» — четверг), а вместо Венеры — Фрея («фрайтаг» — пятница).

Деление времени на годы, месяцы и дни возникло, как мы убедились из астрономических наблюдений. Однако дальнейшее деление времени на часы, минуты и секунды, напротив, совершенно произвольно, да к тому же и не очень практично, поскольку не соответствует нашей десятичной системе измерения. Если для нас не представляет никакого труда переводить рубли в копейки, то для перевода дней в часы и минуты требуется уже определенная математическая работа. Как известно, в сутках 2 раза по 12, т.е. всего 24 часа, в часе 60 минут, в минуте 60 секунд. В основу такого счета были положены священные для жителей древнего Вавилона числа 12 и 60, их сейчас используют для деления циферблата часов. Но если для вавилонян такое деление суток на часы было уже привычным, то понятие минута и секунда были введены в обиход позднее, уже в новое время.

Сутки — отрезок времени между двумя моментами самого высокого положения Солнца на небе. Когда Солнце занимает самую высокую точку в южной части небосвода, мы говорим: «Истинное местное время 12 часов». Земля вращается вокруг оси равномерно. Суточное движение Солнца по небосводу тоже выглядело бы равномерным, если бы не годичное обращение Земли по орбите вокруг Солнца. Это движение Земли неравномерное, да и ось орбиты не совпадает по направлению с осью Земли. В результате истинные солнечные сутки различаются по продолжительности, а это неудобно. Астрономы придумали мнимое «среднее Солнце», которое равномерно движется по небу и несколько раз в году его положение на небе совпадает с истинным Солнцем, а в остальные дни его можно рассчитать. Когда выдуманное Солнце стоит над южной точкой, это соответствует 12 часам среднего местного времени. Разность между средним и истинным местным временем — уравнение времени. Его значение меняется в течение года и составляет от -14,3 до +16,3 минуты.

Если в Санкт-Петербурге Солнце стоит в самой верхней точке, то в Москве оно уже прошло ее, а в Калининграде оно дойдет до этой точки только спустя несколько минут. Часы, показывающие среднее местное время. Чтобы во всех странах Средней Европы иметь одно и то же время, договорились, что среднее местное время во всей Средней Европе будет ориентироваться на время, которое показывает часы на 15-м градусе восточной долготы. Это время называют среднеевропейским временем. Есть еще западноевропейское время — мировое время, соответствующее среднему местному времени для 0 градусов долготы. Если среднеевропейское время составляет 12 часов, то мировое время на этот момент — 11 часов. Поскольку Солнце кажется нам движущимся с востока на запад, то в Берлине оно занимает высшую точку на небе раньше, чем в Лондоне, который лежит западнее Берлина. Всего есть 24 часовых пояса, которые не всегда точно соответствуют долготе, приспосабливаясь к государственным границам. В больших странах имеется несколько часовых поясов: в США — 6, а в России — целых 11! По Тихому океану пролегает линия перемены даты. Если ее пересечь в среду, перемещаясь с запада на восток, то попадешь во вторник, поскольку по другую сторону от этой линии среда еще не началась.

С конца марта до конца сентября к среднеевропейскому времени добавляют еще 1 час. В этом случае получают среднеевропейское летнее время. Его ввели для экономии энергии. Вечера в это время года долго остаются светлыми, свет можно включать позднее. Летнее время очень популярно у туристов, садоводов, людей, занимающихся спортом. С другой стороны, переставлять стрелки часов два раза в год не каждому нравится, да и для налогоплательщиков накладно. Утверждают, что летнее время приносит экологическую пользу, но это спорный момент, ведь чем дольше длится день, тем больше люди пользуются машинами, загрязняющими среду обитания выхлопными газами. Летнее время вводится во многих странах. В США, например, часы переводятся на зимнее время только в октябре, что очень неудобно для путешественников, прилетающих из Европы, где стрелки часов переводят в конце сентября.

Двадцатичетырехчасовой солнечный день длится несколько долше, чем время, за которое Земля успевает повернуться вокруг своей оси. Чтобы понять это, представим себе, что яркая звезда и Солнце оказались бы одновременно точно на юге. Вращение Земли завершается, когда звезда снова оказывается на юге. А Солнце за это время лишь немного продвинулось по небу. Другими словами, Земля должна еще немного повернуться, пока Солнце не окажется точно на юге. Время между двумя точками самого высокого стояния звезды на юге называют звездными сутками, а немного более длинный промежуток времени между двумя максимальными точками стояния Солнца — солнечными сутками. Средние солнечные сутки, отнесенные к придуманному среднему солнцу, на 3 мин. 56,55 сек. длиннее звездных суток. Наше время соизмеряется с Солнцем, которое задает ритм нашей жизни как дневное светило. Однако, для астрономов не менее важно звездное время. Когда так называемая точка весеннего равноденствия находится на юге или на меридиане, звездное время составляет 0 часов. Это та точка на небе, в которой Солнце находится в начале весны. Звездные сутки равняются 0,99727 солнечных суток, средние солнечные сутки составляют 1,00274 звездных суток, т.е. они несколько длиннее, чем период вращения Земли вокруг своей оси.

Земная ось не всегда сохраняет свое направление. За 26 тыс. Лет она делает колебательные движения — прецессию. Земля представляет собой как бы гигантский волчок. Солнце и Луна пытаются выпрямить этот косо установленный волчок, а земля считает это вмешательством в свои внутренние дела и реагирует на это колебательными движениями. За 26 000 лет, составляющих период прецессии ось Земли, двигаясь по конусу, занимает различные направления. Поэтому Полярная звезда не всегда выполняет свою роль указателя севера, а в Европе в прошлом можно было видеть звезды, которые теперь находятся ниже линии горизонта, например Южный Крест. Еще более фантастичным оказывается тот факт, что наша солнечная система вращается вместе с Галактикой — системой Млечного Пути. Так же как Луна вращается вокруг Земли, а Земля — вокруг Солнца, наша солнечная система вращается вокруг центра галактики, на что уходит 220 млн. лет. Это самый продолжительный, с точностью установленный временной период. Кстати, наше Солнце такое старое, что оно проделало этот путь уже раз двадцать.

Время и движение, машина времени.

В физике движение рассматривается в самом общем виде как изменение состояния или другой физической системы и для описания состояния вводится набор измеряемых параметров, к которым со времен Декарта относятся пространственно-временные координаты, или точки пространственно-временного континуума, означающего непрерывное множество. В физике используются и другие параметры состояния систем: импульс, энергия, температура, спин и т. п.

Время: В более строгом определении время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого физического процесса или явления; оно универсально. Говорить о времени безотносительно к изменениям в каких-либо реальных телах или системах с физической точки зрения бессмысленно.

Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Течение абсолютного времени изменяться не может. Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная, или изменчивая постигаемая чувствами внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения, мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как- то: час, день, месяц, год.

Важная особенность времени выражена в постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Хотя этот постулат кажется естественным и очевидным, его истинность относительна, так как его нельзя проверить на опыте даже с помощью самых совершенных, но реальных часов.

Пространство: Первое представление о пространстве возникло из очевидного существования в природе и в первую очередь в микромире твердых физических тел, занимающих определенный объем. Из такого представления вытекало определение: пространство выражает порядок сосуществования физических тел. По аналогии с абсолютным временем Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое может быть совершенно пустым, существует независимо от наличия в нем физических тел, являясь как бы мировой сферой, где разыгрываются физические процессы. Свойства такого пространства определяются Евклидовой геометрией. Такое представление о пространстве и до сих пор лежит в основе многих экспериментов, позволивших сделать крупные открытия.

Основные понятия классической механики: инерция, масса, сила. Законы Ньютона

В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики, составляющие основной раздел классической механики. Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются (как и большинство физических законов) обобщением результатов огромного человеческого опыта.

Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние.

Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью, или инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции. Для количественной формулировки второго закона динамики вводятся понятия ускорения а, массы тела т и силы F. Ускорением характеризуется быстрота изменения скорости движения тела. Масса тела — физическая величина — одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные (инертная масса) и гравитационные (тяжелая или гравитационная масса) свойства. Сила — это векторная величина, мер механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.

Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки (тела): а=F/m

Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Взаимодействие между материальными точками (телами) определяется Третьим законом Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки:

F12=-F21

где F12 — сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй; F21— сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.

Яблоко важный атрибут многих легенд, мифов и сказок. Запретный плод стал источником соблазна для Евы и в конечном счете, навлек гнев божий на род человеческий. Яблоко раздора послужило поводом к отправке тысячи кораблей в Трою и к долгой Троянской войне. Отравленное яблоко чуть не погубило Белоснежку и т. д.

Однако для физиков самая важная легенда связана с яблоком, которое упало в саду в Вулсторпе, Линкольншир, Англия, в 1666 г. Вот это-то яблоко и увидел Исаак Ньютон и “впал в глубокое раздумье о причине того, почему все тела притягиваются вдоль линии, которая, будучи продолжена, прошла бы почти точно через центр Земли”.

Цитата взята из вольтеровской “PhilosophicdeNewton”, опубликованной в 1738 г. и содержащей самое первое из известных изложений истории с яблоком. В ранних биографиях Ньютона она не встречается; не упоминает о ней и он сам, рассказывая о том, как размышлял о всемирном тяготении. Скорее всего, это легенда.

Стоит обратить внимание на то, сколь редко можно увидеть само падение яблока с дерева. Яблоко может провисеть несколько недель на ветке и, упав, пролежать на земле еще несколько дней. Но сколько времени занимает само падение с дерева на землю? Например, при падении с высоты 3 м время полета составляет три четверти секунды. Итак, чтобы увидеть падение яблока, нужно оказаться на месте в сей решающий весьма краткий период его жизни! Шансы стать свидетелем этого события, конечно, возрастут, если оказаться в яблоневом саду в подходящее время года, но все же само по себе это событие нельзя считать особенно частым.

Еще гораздо реже появляются такие гении, как Ньютон, сумевший из размышлений о подобном явлении вывести закон тяготения. Легенда гласит, что, задумавшись над тем, почему упало яблоко. Ньютон пришел в конце концов к закону всемирного тяготения. Ответ Ньютона: “Потому что его притягивает Земля” — гораздо глубже, чем кажется на первый взгляд, поскольку он помог разрешить не только загадку падающего яблока, но и ряд давнишних загадок нашей Солнечной системы.

Закон всемирного тяготения Ньютона утверждает, что сила взаимного притяжения любых двух материальных тел прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. На компактном языке математики этот закон записывается так:

.

В этой формуле F-сила тяготения между двумя телами массой т и М соответственно, расположенными на расстоянии d друг от друга, а G-универсальная постоянная. Термин массами уже встречали: она определяется как количество вещества в теле, а также является мерой инерции тела. Теперь мы обнаруживаем еще одно свойство: масса — это мера гравитационного воздействия тела на другие тела, а также мера его восприимчивости к гравитационному влиянию других тел. Если увеличить т в формуле Ньютона в 10 раз, то и сила F соответственно увеличится в 10 раз. Если т уменьшается в 10 раз, то и сила F соответственно уменьшается в 10 раз. Вследствие этого свойства гравитация не играет заметной роли в поведении атомов и молекул, массы которых невообразимо малы, тогда как в астрономии, науке, имеющей дело с небесными телами очень больших масс, гравитация важна.

Рисунок1.Освещенность, которую создает источник света, уменьшается пропорционально квадрату расстояния от него. Эта особенность аналогичная уменьшению силы гравитационного взаимодействия точечных тел.

Вследствие уменьшения гравитации с расстоянием этот закон часто называют законом обратной пропорциональности квадрату расстояния. Таким законом описываются многие явления природы. Например, он справедлив и для освещенности, создаваемой светящимся телом. Если смотреть на лампочку мощностью 100 Вт с расстояния 5 м, то она кажется очень яркой. Та же лампочка с расстояния 50 м выглядит тусклой. Рассмотрим фиксированную площадку, расположенную перпендикулярно направлению световых лучей (рис. 1). Если расстояние до источника света увеличить в 10 раз (с 5 до 50 м), то количество света, падающего в секунду на эту площадку, в 100 (10 2 ) раз уменьшится. То же самое соотношение выполняется для силы гравитации F. Если увеличить расстояние d в 10 раз, то сила F станет в 102, или в 100 раз, меньше.

Здесь уместно спросить: “Почему гравитация важна в астрономии и несущественна в атомной физике, если в первой расстояния между объектами огромны, а во второй чрезвычайно малы?”. Ответ заключается в том, что, хотя по закону обратной пропорциональности квадрату расстояния сила гравитации и могла бы проявиться в масштабах атомов, другие, электромагнитные силы намного больше её.

Ньютон открыл законы движения тел. Согласно этим законам движение с ускорением возможно только под действием силы. Так как падающие тела движутся с ускорением, то на них должна действовать сила, направленная вниз, к Земле. Только ли Земля обладает свойством притягивать к себе тела, находящиеся вблизи ее поверхности? В 1667 г. Ньютон высказал предположение, что вообще между всеми телами действуют силы взаимного притяжения. Он назвал эти силы силами всемирного тяготения.

Почему же мы не замечаем взаимного притяжения между окружающими нас телами? Может быть, это объясняется тем, что силы притяжения между ними слишком малы?

Ньютону удалось показать, что сила притяжения между телами зависит от масс обоих тел и, как оказалось, достигает заметного значения только тогда, когда взаимодействующие тела (или хотя бы одно из них) обладают достаточно большой массой.

Черные дыры: время остановилось.

С какой силой притягивает центральная масса какое-либо тело, находящееся на ее поверхности? Если радиус массы велик, то ответ совпадал с классическим законом Ньютона. Но когда принималось, что та же масса сжата до все меньшего и меньшего радиуса, постепенно проявлялись отклонения от закона Ньютона — сила притяжения получалась пусть незначительно, но несколько большей. При совершенно фантастических же сжатиях отклонения были заметнее. Но самое интересное, что для каждой массы существует свой определенный радиус, при сжатии до которого сила тяготения стремилась к бесконечности! Такой радиус в теории был назван гравитационным радиусом. Гравитационный радиус тем больше, чем больше масса тела. Но даже для астрономических масс он очень мал: для массы Земли это всего один сантиметр. В 1939 году американские физики Р.Оппенгеймер и Х. Снайдер точное математическое описание того, что будет происходить с массой, сжимающейся под действием собственного тяготения до все меньших размеров. Если сферическая масса, уменьшаясь, сожмется до размеров, равных или меньших, чем гравитационный радиус, то потом никакое внутреннее давление вещества, никакие внешние силы не смогут остановить дальнейшее сжатие. Действительно, ведь если бы при размерах, равных гравитационному радиусу, сжатие остановилось бы, то силы тяготения на поверхности массы были бы бесконечно велики и ничто с ними не могло бы бороться, они тут же заставят массу сжиматься дальше. Но при стремительном сжатии — падении вещества к центру — силы тяготения не чувствуются.

Всем известно, что при свободном падении наступает состояние невесомости и любое тело, не встречая опоры, теряет вес. То же происходит и со сжимающейся массой: на ее поверхности сила тяготения — вес — не ощущается. После достижения размеров гравитационного радиуса остановить сжатие массы нельзя. Она неудержимо стремится к центру. Такой процесс физики называют гравитационным коллапсом, а результатом является возникновение черной дыры. Именно внутри сферы с радиусом, равным гравитационному, тяготение столь велико, что не выпускает даже свет. Эту область Дж.Уиллер назвал в 1968 году черной дырой.

Название оказалось крайне удачным и было моментально подхвачено всеми специалистами. Границу черной дыры называют горизонтом событий. Название это понятно, ибо из-под этой границы не выходят к внешнему наблюдателю никакие сигналы, которые могли бы сообщить сведения о происходящих внутри событиях. О том, что происходит внутри черной дыры, внешний наблюдатель никогда ничего не узнает. Итак, вблизи черной дыры необычно велики силы тяготения, но это еще не все. В сильном поле тяготения меняются геометрические свойства пространства и замедляется течение времени. Около горизонта событий кривизна пространства становится очень сильной. Чтобы представить себе характер этого искривления, поступим следующим образом. Заменим в наших рассуждениях трехмерное пространство двумерной плоскостью (третье измерение уберем) — нам будет легче изобразить ее искривление. Пустое пространство изображается плоскостью. Если мы теперь поместим в это пространство тяготеющий шар, то вокруг него пространство слегка искривится — прогнется. Представим себе, что шар сжимается и его поле тяготения увеличивается. Перпендикулярно пространству отложена координата времени, как его измеряет наблюдатель на поверхности шара. С ростом тяготения увеличивается искривление пространства. Наконец, возникает черная дыра, когда поверхность шара сожмется до размеров, меньше горизонта событий, и «прогиб» пространства сделает стенки в прогибе вертикальными. Ясно, что вблизи черной дыры на столь искривленной поверхности геометрия будет совсем не похожа на евклидову геометрию на плоскости. С точки зрения геометрии пространства черная дыра действительно напоминает дыру в пространстве. Обратимся теперь к темпу течения времени. Чем ближе к горизонту событий, тем медленнее течет время с точки зрения внешнего наблюдателя. На границе черной дыры его бег и вовсе замирает. Такую ситуацию можно сравнить с течением воды у берега реки, где ток воды замирает. Это образное сравнение принадлежит немецкому профессору Д.Либшеру.

Но совсем иная картина представляется наблюдателю, который в космическом корабле отправляется в черную дыру. Огромное поле тяготения на ее границе разгоняет падающий корабль до скорости, равной скорости света. И тем не менее далекому наблюдателю кажется, что падение корабля затормаживается и полностью замирает на границе черной дыры. Ведь здесь, с его точки зрения, замирает само время. С приближением скорости падения к скорости света время на корабле также замедляет свой бег, как и на любом быстро летящем теле. И вот это замедление побуждает замирание падения корабля. Растягивающаяся до бесконечности картина приближения корабля к границе черной дыры из-за все большего и большего растягивания секунд на падающем корабле измеряется конечным числом этих все удлиняющихся (с точки зрения внешнего наблюдателя) секунд. По часам падающего наблюдателя или по его пульсу до пересечения границы черной дыры протекло вполне конечное число секунд. Бесконечно долгое падение корабля по часам далекого наблюдателя уместилось в очень короткое время падающего наблюдателя. Бесконечное для одного стало конечным для другого. Вот уж поистине фантастическое изменение представлений о течении времени. То, что мы говорили о наблюдателе на космическом корабле, относится и к воображаемому наблюдателю на поверхности сжимающего шара, когда образуется черная дыра. Наблюдатель, упавший в черную дыру, никогда не сможет оттуда выбраться, как бы ни были мощны двигатели его корабля. Он не сможет послать оттуда и никаких сигналов, никаких сообщений. Ведь даже свет — самый быстрый вестник в природе — оттуда не выходит. Для внешнего наблюдателя само падение корабля растягивается по его часам до бесконечности. Значит, то, что будет происходить с падающим наблюдателем и его кораблем внутри черной дыры, протекает уже вне времени внешнего наблюдателя (после его бесконечности по времени). В этом смысле черные дыры представляют собой «дыры во времени Вселенной». Конечно, сразу оговоримся, что это вовсе не означает, что внутри черной дыры время не течет. Там время течет, но это другое время, текущее иначе, чем время внешнего наблюдателя.

Что же произойдет с наблюдателем, если он отважится отправиться в черную дыру на космическом корабле? Силы тяготения будут увлекать его в область, где эти силы все сильнее и сильнее. Если в начале падения в корабле наблюдатель находился в невесомости и ничего неприятного не испытывал, то в ходе падения ситуация изменится. Чтобы понять, что произойдет, вспомним про приливные силы тяготения. Их действие связано с тем, что точки тела, находящиеся ближе к центру тяготения, притягиваются сильнее чем расположенные дальше. В результате притягиваемое тело растягивается.

В начале падения наблюдателя в черную дыру приливное растяжение может быть ничтожным. Но оно неизбежно нарастает в ходе падения. Как показывает теория, любое падающее в черную дыру тело попадает в область, где приливные силы становятся бесконечными. Это так называемая сингулярность внутри черной дыры. Здесь любое тело или частица будут разорваны приливными силами и перестанут существовать. Пройти сквозь сингулярность и не разрушиться не может ничто. Но если такой исход совершенно неизбежен для любых тел внутри черной дыры, то это означает, что в сингулярности перестает существовать и время. Свойства времени зависят от протекающих процессов. Теория утверждает, что в сингулярности свойства времени изменяются настолько сильно, что его непрерывный поток обрывается, оно распадается на кванты. Здесь надо еще раз вспомнить, что теория относительности показала необходимость рассматривать время и пространство совместно, как единое многообразие. Поэтому правильнее говорить о распаде в сингулярности на кванты единого пространства-времени.

Современная наука раскрыла связь времени с физическими процессами, позвонило «прощупать» первые звенья цепи времени в прошлом и проследить за ее свойствами в далеком будущем.

ТИПЫ ЧЕРНЫХ ДЫР.

До сих пор мы говорили о возникновении во Вселенной черных дыр звездного происхождения. Астрономы имеют все основания предполагать, что, помимо звездных черных дыр, есть еще другие дыры, имеющие совсем иную историю.

Из теории звездной эволюции известно, что черные дыры могут возникать на заключительных стадиях жизни звезды, когда она теряет устойчивость и испытывает неограниченное сжатие под действием сил тяготения. При этом масса звезды должна быть достаточно велика, иначе эволюция звезды может закончиться образованием либо белого карлика, либо нейтронной звезды.

Кроме черных дыр (обычных ), возникающих в конце звездной эволюции и имеющих такие же массы, как звезды, могут существовать и более массивные черные дыры, образующиеся, например, в результате сжатия больших масс газа в центре шаровых звездных скоплений, в ядрах галактик или в квазарах.

А могут ли существовать во Вселенной черные дыры, масса которых во много раз меньше массы обычных звезд?

Согласно современным космологическим представлениям Вселенная расширяется от сверхсжатого сингулярного состояния. Можно предполагать, что вещество во Вселенной в ходе ее расширения прошло все стадии от плотностей ~ 1093 г/см³ до сегодняшней средней плотности, не превосходящей 10 –29 г/см³. Значит, в далеком прошлом Вселенной, когда плотность вещества была чудовещно велика, имелись предпосылки для возникновения черных дыр сколь угодно малых масс. На возможность их возникновения впервые указали Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков еще в шестидесятых годах. Найти столь малые образования в огромных просторах космоса чрезвычайно трудно, и поэтому они еще не обнаружены. Сегодня разные способы поисков таких черных дыр, получивших название первичных ,- предмет многочисленных исследований и дискуссий.

В начале 60-х годов нашего века были открыты необыкновенные небесные тела – квазары.

В течении прошедших десятилетий выяснилось, что квазары – это необычно активные излучающие ядра больших галактик. Часто в них наблюдаются мощные движения газов. Сами звезды галактики вокруг таких ядер обычно не видны из-за огромного расстояния и сравнительно слабого их свечения по сравнению со свечением квазара. Выяснилось так же, что ядра многих галактик напоминают своего рода маленькие квазарчики и проявляют иногда бурную активность – выброс газа, изменение яркости и т.д., — хотя и не такую мощную, как настоящие квазары. Даже в ядрах совсем обычных галактик, включая нашу собственную, наблюдаются процессы, свидетельствующие о том, что и здесь “работает” маленькое подобие квазара.

То, что в центре галактики может возникнуть гигантская черная дыра, теперь кажется естественным. В самом деле, газ, находящийся в галактиках между звездами, постепенно под действием тяготения должен оседать к центру, формируя огромное газовое облако. Сжатие этого облака или его части должно привести к возникновению черной дыры. Кроме того, в центральных частях галактик находятся компактные звездные скопления, содержащие миллионы звезд. Звезды здесь могут разрушаться приливными силами при близких прхождениях около уже возникшей черной дыры, а газ этих разрушенных звезд, двигаясь около черной дыры, затем попадает в нее.

Падение газа в сверхмассивную черную дыру должно сопровождаться явлениями, подобными тем, о которых мы говорили в случае звездных черных дыр. Только здесь должно происходить ускорение заряженных частиц в переменных магнитных полях, которые приносятся к черной дыре вместе с падающим газом.

Все это вместе и приводит к явлению квазара и к активности галактических ядер.

Заключение.

Время делят на годы, месяцы, недели, сутки, часы, секунды. Историки отсчитывают время столетиями, геологи — миллионами лет. Но лишь три единицы времени связаны с небесными явлениями, это — год, месяц, сутки. Для живых существ, обитающих на Земле, особенно важна смена дня и ночи. Уже пещерный человек знал, что от восхода до захода Солнца либо между двумя моментами стояния Солнца в зените проходит примерно одинаковое время, и называли его «сутками». Еще в древности наши предки заметили, что Луна не каждую ночь выглядит одинаково и что она время от времени вовсе исчезает с неба. Иногда она превращается в тонкий серп, а потом снова становится круглой, Между двумя такими полнолуниями проходит около 30 дней. Это обстоятельство также было известно в течение многих тысячелетий и послужило основой для введения еще одной важной, связанной с природными явлениями единицы времени — месяца. Очень скоро люди поняли, что примерно через каждые 365 дней повторяются жизненно важные явления природы, такие, как таяние снегов на севере или разлив Нила в Египте, и что эти процессы связаны с регулярным самым низким или самым высоким стоянием Солнца. Всегда одинаковое время — год — проходило от начала одной весны до начала другой. Однако еще многие тысячелетия люди еще плохо представляли себе, что действительно происходит на небе каждый год, месяц или каждый день.

На основании приведенных выше теоретических соображений и всех экспериментальных данных можно сделать следующие общие выводы:

1. Выведенные из трех основных аксиом причинности следствия о свойствах хода времени подтверждаются опытами. Поэтому можно считать, что эти аксиомы обоснованы опытом В частности, подтверждена аксиома II о пространственном не наложении причин и следствий. Поэтому передающие воздействия силовые поля следует рассматривать как систему дискретных неналагающихся друг на друга точек. Этот вывод связан с общим философским принципом возможности познания Мира.

Для возможности хотя бы предельного познания совокупность) всех материальных объектов должна быть исчислимым множеством, т. е. представлять собой дискретность, накладывающуюся на континуум пространства.

Что касается конкретных результатов, полученных при опытном обосновании аксиом причинности, то из них важнейшими являются заключения о конечности хода времени, возможности частичного обращения причинных связей и возможности получения работы за счет хода времени.

2. Опыты доказывают существование воздействий через время одной материальной системы на другую. Это воздействие не передает импульса, значит, не распространяется, а появляется мгновенно в другой материальной системе. Таким образом, в принципе оказывается возможной мгновенная связь и мгновенная передача информации. Время осуществляет связь между всеми явлениями Природы и в них активно участвует.

3. Время обладает разнообразными свойствами, которые можно изучить опытами. Время несет в себе целый мир еще неизведанных явлений. Физические опыты, изучающие эти явления, должны постепенно привести к познанию того, что собой представляет Время. Знание же должно показать нам, как проникнуть в мир времени и научить нас воздействовать на него.

Список используемой литературы.

1. Fraser J. T. The Genesis and Evolution of Time. Brighton, 1982.

2. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. — М.: Прогресс, 1986.

3.. Мандельштам О. Разговор о Данте. М., 1967. С. 57

4. Аркадьев М. А. Временные структуры новоевропейской музыки. Опыт феноменологического исследования. — М.: Библос, 1992.

5. Ингарден Р. Исследования по эстетике. М., 1962. С. 468-521

6. М. Г. Харлапа следует признать фактическим создателем основ исторической теории ритма. Кроме того, в его работах поставлена проблема письма как фундаментального феномена, плохо осознанного в европейской ментальной традиции.

7. Харлап М. Г. Ритмика Бетховена. В кн.: Бетховен. Сб. ст. М.: Музыка, 1971. С. 370-421; его же: Народно-русская музыкальная система и проблема происхождения музыки. В кн.: Ранние формы искусства. — М.: Искусство, 1972. С. 221-273; его же: Ритм и метр в музыке устной традиции. М.: Музыка, 1986.

8. Шпенглер О. Закат Европы. Очерки морфологии мировой истории. 1. Гештальт и действительность(Пер. с нем. К. А. Свасьяна. М.: Мысль, 1993. С. 388-431.

9. Derrida J. De la grammatologie. Paris: Minuit, 1967, p. 82-83

10. Асафьев Б. Музыкальная форма как процесс. Л., 1963. Кн. 1 и 2

11. Известен эпизод, когда друзья после очередного триумфального концерта спросили Рахманинова, чем он, собственно, не доволен. Музыкант мрачно ответил: «Точки не было». Имелась ввиду, очевидно, точка апогея в концерте, когда происходит осознание факта трансцендирования.

12. Heidegger M. Was ist Metaphysik? Frankfurt A. M.: V. Klostermann, 1969. S. 27.

13. Sartre J. -P. L' Etre et le Neant. Paris: Gallimard, 1943. p. 616-635.

14. Аркадьев М. Креативное время, «археписьмо» и опыт Ничто.

www.ronl.ru

Смотрите также

• 
  Реферат по информатике на тему видеокарта
• 
  Реферат на татарском языке муса джалиль
• 
  Реферат муса джалиль на татарском языке
• 
  Реферат по теме математика вокруг нас
• 
  Реферат наше здоровье в наших руках
• 
  Реферат на тему русско турецкая война
• 
  Реферат по математике на тему умножение
• 
  Наше здоровье в наших руках реферат
• 
  Правовое обеспечение профессиональной деятельности темы рефератов
• 
  Реферат понятие сделок и виды сделок
• 
  Реферат на тему профилактика органов дыхания